Fotovoltaik etki, güneş ışığına maruz kaldığında bir fotovoltaik hücrede voltaj veya elektrik akımı üreten bir süreçtir. Panelin içindeki hücrelerin güneş ışığını elektrik enerjisine dönüştürmesi nedeniyle güneş panellerini kullanışlı kılan bu etkidir.
Fotovoltaik etki ilk olarak 1839’da Edmond Becquerel tarafından keşfedildi. Islak hücreleri içeren deneyler yaparken, gümüş plakaları güneş ışığına maruz kaldığında hücrenin voltajının arttığını kaydetti.
Fotovoltaik Etki Nasıl Oluşur?
Fotovoltaik etki, güneş pillerinde meydana gelir. Güneş pilleri, bir p-n bağlantısı oluşturmak için birleştirilmiş iki farklı yarı iletkenden (bir p tipi ve bir n tipi) oluşur. Bu iki tip yarı iletkeni birleştirerek, elektronlar pozitif p tarafına hareket ederken ve elektron delikleri negatif n tarafına hareket ederken bağlantı bölgesinde bir elektrik alanı oluşur.Bu alan, negatif yüklü parçacıkların bir yönde hareket etmesine ve pozitif yüklü parçacıkların diğer yönde hareket etmesine neden olur.
Işık, basitçe küçük elektromanyetik radyasyon veya enerji demetleri olan fotonlardan oluşur. Bu fotonlar, güneş panellerini oluşturan bir hücre türü olan fotovoltaik bir hücre tarafından absorbe edilebilir. Bu hücrelere uygun bir dalga boyunda ışık geldiğinde, fotondan gelen enerji, p-n bağlantısındaki yarı iletken malzemenin bir atomuna aktarılır. Spesifik olarak, enerji malzeme içindeki elektronlara aktarılır. Bu, elektronların iletim bandı olarak bilinen daha yüksek bir enerji durumuna atlamasına neden olur. Bu, elektronun sıçradığı değerlik bandında bir “elektron deliği” bırakır. Eklenen enerjinin bir sonucu olarak elektronun bu hareketi, iki yük taşıyıcı, bir elektron deliği çifti oluşturur.
Elektronlar uyarıldıklarında çevreleyen atomlarla bağlar oluşturarak yarı iletken malzemeyi bir arada tutarlar ve bu nedenle hareket edemezler. Bununla birlikte, iletim bandındaki uyarılmış durumlarında, bu elektronlar malzeme içinde hareket etmekte serbesttir. P-n bağlantısının bir sonucu olarak ortaya çıkan elektrik alanı nedeniyle elektronlar ve delikler beklendiği gibi ters yönde hareket eder. Serbest elektron, p tarafına çekilmek yerine n tarafına geçme eğilimindedir. Elektronun bu hareketi hücrede bir elektrik akımı yaratır. Elektron hareket ettikten sonra, geride bir “delik” vardır. Bu delik aynı zamanda hareket edebilir, ancak p tarafının tersi yönde. Hücrede bir akım yaratan bu süreçtir. Bu sürecin bir diyagramı yukarıdaki şekilde görülebilir.