Co je to fotovoltaika?

Výše uvedené schéma ilustruje činnost základního fotovoltaického článku, nazývaného také solární článek. Solární články jsou vyrobeny ze stejných druhů polovodičových materiálů, jako je křemík, které se používají v mikroelektronickém průmyslu. U solárních článků je tenký polovodičový plátek speciálně upraven tak, aby vytvořil elektrické pole, kladné na jedné straně a záporné na druhé. Když světelná energie dopadá na solární článek, elektrony se uvolňují z atomů v polovodičovém materiálu. Pokud jsou elektrické vodiče připojeny ke kladné a záporné straně a tvoří elektrický obvod, mohou být elektrony zachyceny ve formě elektrického proudu - tedy elektřiny. Tato elektřina pak může být použita k napájení zátěže, jako je světlo nebo nástroj.

Řada solárních článků navzájem elektricky propojených a namontovaných v nosné konstrukci nebo rámu se nazývá fotovoltaický modul. Moduly jsou navrženy tak, aby dodávaly elektřinu při určitém napětí, jako je běžný 12voltový systém. Produkovaný proud je přímo závislý na tom, kolik světla dopadá na modul.

Dnešní nejběžnější fotovoltaická zařízení používají k vytvoření elektrického pole v polovodiči, jako je fotovoltaický článek, jediné spojení nebo rozhraní. V jednosložkovém fotovoltaickém článku mohou uvolnit elektron pro elektrický obvod pouze fotony, jejichž energie je stejná nebo větší než zakázané pásmo materiálu článku. Jinými slovy, fotovoltaická odezva jednosložkových článků je omezena na část slunečního spektra, jehož energie je nad pásmovou mezerou absorbujícího materiálu, a fotony s nižší energií se nepoužívají.

Jedním ze způsobů, jak obejít toto omezení, je použití dvou (nebo více) různých článků s více než jedním zakázaným pásmem a více než jedním přechodem pro generování napětí. Tyto jsou označovány jako „multijunkční“ buňky (také nazývané „kaskádové“ nebo „tandemové“ buňky). Multijunction zařízení mohou dosáhnout vyšší celkové účinnosti konverze, protože mohou přeměnit větší část energetického spektra světla na elektřinu.

Jak je ukázáno níže, multipřechodové zařízení je svazek jednotlivých jednopřechodových buněk v sestupném pořadí podle zakázaného pásma (např.). Horní buňka zachycuje fotony s vysokou energií a předává zbytek fotonů dále, aby je absorbovaly buňky s nižším pásmem.