Fotovoltaika és napelemek

A napelemes fotovoltaikus technológia a fényt atomi szinten alakítja át elektromossággá. A fotoelektromos hatás hatására bizonyos félvezető anyagok elnyelik a napfény részecskéit vagy fotonokat, és elektronokat szabadítanak fel. A fotovoltaikus cella látható fényből termel áramot; a napelem a napfény teljes fényfrekvenciatartományát elnyeli, nem csak a látható fényt, és a napsugárzást hasznos energiává alakítja. Biztonságos, fenntartható és hatékony energiaforrásként a fotovoltaikus és napelemes rendszereket hálózati vagy elszigetelt energiatermelésre használják számos eszköztípusban, az elektromos járművektől (EV-k) és napelemes tetőkön át a vízszivattyúzó és sótalanító rendszerekig.  

A fotovoltaikus cellák réteges félvezető anyagokat használnak PN-átmenetként a fotonok formájában megjelenő fényenergiának az elektronok formájában megjelenő elektromos árammá történő átalakítására. A PN-átmenet egy p-típusú félvezető (elektronakceptor anyag) és egy n-típusú félvezető (elektrondonor anyag) közötti határfelület. Amikor a fotont az n-típusú félvezető elnyeli, egy elektron kilép, és szabad elektron és elektron-lyuk pár keletkezik. A negatív töltésű elektron a p-típusú anyaghoz, a pozitív töltésű lyuk pedig az n-típusú anyaghoz vonzódik. Ha az elektródákhoz egy befejezett áramkört csatlakoztatunk, a szabad elektron végighalad az áramkörön, elektromos áramot és feszültséget létrehozva, amíg vissza nem rekombinálódik egy elektron-lyukkal a p-típusú anyagban.