Podstawą działania ogniw fotowoltaicznych jest efekt fotowoltaiczny, który polega na przekształceniu energii światła słonecznego na energię elektryczną. Zjawisko to zachodzi w materiałach półprzewodnikowych, takich jak: krzem, które absorbują fotony światła i wybijają elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. W ogniwie tworzy się złącze p-n, gdzie elektrony są przemieszczane do elektrody ujemnej, a dziury (przestrzenie po elektronach) do elektrody dodatniej. Ten przepływ ładunków generuje prąd elektryczny.
Ogniwa pierwszej generacji
Ogniwa pierwszej generacji opierają się na krzemie krystalicznym – zarówno monokrystalicznym, jak i polikrystalicznym. Ogniwa monokrystaliczne wyróżniają się wysoką sprawnością, sięgającą do 22% oraz jednolitą czarną barwą. Z kolei ogniwa polikrystaliczne mają niebieski odcień i są tańsze w produkcji, lecz charakteryzują się niższą sprawnością.
Ogniwa drugiej generacji
Ogniwa drugiej generacji to przede wszystkim technologie cienkowarstwowe, takie jak: krzem amorficzny, tellurek kadmu (CdTe) czy CIS (mieszanina miedzi, indu i selenu). Ich sprawność wynosi zazwyczaj od 10 do 15%. Charakteryzują się niższym kosztem produkcji oraz możliwością elastycznego zastosowania, na przykład jako elementy elewacji budynków.
Ogniwa trzeciej generacji
Ogniwa trzeciej generacji obejmują zaawansowane konstrukcje wielozłączowe, w tym ogniwa tandemowe. Składają się one z kilku warstw półprzewodników, z których każda absorbuje inną część widma światła słonecznego. Dzięki temu osiągają one wyższą sprawność. W tej kategorii znajdują się także ogniwa organiczne (OPV) oraz ogniwa barwnikowe.
Budowa ogniwa fotowoltaicznego
Typowe ogniwo fotowoltaiczne składa się z kilku warstw:
- Warstwy półprzewodnika (np. krzem typu p i n)
- Elektrody przedniej (transparentnej) oraz tylnej (metalicznej)
- Warstwy antyrefleksyjnej, która minimalizuje straty światła
- Warstwy ochronnej, zabezpieczającej przed wilgocią i uszkodzeniami mechanicznymi.
Różnice między typami ogniw
Ogniwa monokrystaliczne wyróżniają się wysoką sprawnością i trwałością, ale są droższe. Polikrystaliczne są tańsze, ale mają niższą sprawność. Ogniwa cienkowarstwowe charakteryzują się wszechstronnością zastosowań, natomiast ogniwa organiczne oferują potencjał do produkcji tańszych i elastycznych rozwiązań.