Ogniwa fotowoltaiczne.

Ogniwa fotowoltaiczne są elementami półprzewodnikowymi, które zamieniają energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Do tej zamiany dochodzi dzięki zjawisku fotowoltaicznemu, czyli poprzez użycie półprzewodnikowego złącza p-n, gdzie pod wpływem fotonów o większej energii niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika.  Elektrony przepływają do obszaru n a dziury do p. Przemieszczanie ładunków w ten sposób powoduje różnicę potencjałów, czyli powstaje napięcie elektryczne.  Efekt fotowoltaiczny zaobserwowany był już dość dawno temu, bo w roku 1839. Zaobserwował go A. Becquerel w zespole elektrod zamieszczonych w elektrolicie. Zjawisko pojawiające się na granicy dwóch ciał 30 lat później odnotowali W. Adams oraz R. Day.

Ogniwa fotowoltaiczne produkuje się materiałów półprzewodnikowych, z takich pierwiastków jak german, selen lub krzem. Normalne ogniwo słoneczne zbudowane z krzemu ma napięcie 0,5 wolta. Połączenie szeregowe słonecznych ogniw pozwala na otrzymanie baterii słonecznej. Baterie tego rodzaju posiadają różną liczbę ogniw, w zależności od zapotrzebowanie na energię.

Ogniwa fotowoltaiczne składają się z półprzewodnika tworzącego złącze p-n, na który pada promieniowanie słoneczne.  Fotony o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej powodują że powstają pary elektron – dziura. Pola elektryczne w półprzewodniku przesuwa nośniki w różne strony.  Elektrony są kierowane do obszaru n,  a dziury do obszaru p.  Rozdzielanie nośników ładunków w złączu spowoduje powstawanie na nim napięcia elektrycznego. Nośniki te są nadmiarowe, co oznacza że ich czas żywotności jest nieskończony.  Napięcie na złączu jest stałe. Oświetlane złącze działa tak samo jak ogniwo elektryczne. Źródłem prądu są reakcje chemiczne, które zachodzą między elektrolitem a elektrodą.

Ogniwa fotowoltaiczne cechują się tym, że są niezawodne. Stosuje się je jako źródło energii elektrycznej dla takich urządzeń jak zegarki, sztuczni satelici, samochody hybrydowe, jako czujniki fotoelektryczne  i fotodetektory na potrzeby fotometrii. Inne zastosowania fotoogniw:

1. Elektronika użytkowa – lampy ogrodowe, oświetlanie znaków drogowych, wspomaganie sygnalizacji na drodze.
2. Zasila się sprzęty elektroniczne w sondach i promach kosmicznych, satelitach, stacjach orbitalnych.
3. Ładowanie akumulatorów w ciągu dnia i wykorzystywanie energii w nocy na jachtach i statkach, oraz kempingach.
4. Układy telemetryczne w stacjach do pomiaru gazu ziemnego ropy naftowej lub gazu ziemnego.
5. Dostarczanie energii dla automatyki pomiarowej i przemysłowej.
6. Produkowanie energii w pionierskich elektrowniach słonecznych.

Ogniwa fotowoltaiczne pracują tylko i wyłącznie w oparciu o światło dzienne. W domach i przedsiębiorstwach samodzielne funkcjonowanie ogniw może być niewystarczające. Koniecznym jest uzupełnienie zasobów energii o dodatkowe źródła, np. z prądu lub gazu płynnego, albo pompy ciepła.