ما هي فوتوفوتاكس؟

يوضح الرسم البياني أعلاه تشغيل الخلية الكهروضوئية الأساسية ، والتي تسمى أيضًا الخلية الشمسية. تصنع الخلايا الشمسية من نفس أنواع مواد أشباه الموصلات ، مثل السيليكون ، المستخدمة في صناعة الإلكترونيات الدقيقة. بالنسبة للخلايا الشمسية ، يتم معالجة رقاقة رقيقة من أشباه الموصلات بشكل خاص لتشكيل مجال كهربائي ، موجب من جانب وسالب من الجانب الآخر. عندما تضرب الطاقة الضوئية الخلية الشمسية ، تنفصل الإلكترونات عن الذرات في مادة أشباه الموصلات. إذا تم توصيل الموصلات الكهربائية بالجانبين الموجب والسالب ، لتشكيل دائرة كهربائية ، فيمكن التقاط الإلكترونات في شكل تيار كهربائي - أي الكهرباء. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الكهرباء لتشغيل حمولة ، مثل ضوء أو أداة.

يُطلق على عدد من الخلايا الشمسية المتصلة كهربائيًا ببعضها البعض والمثبتة في هيكل أو إطار دعم الوحدة الكهروضوئية. تم تصميم الوحدات لتزويد الكهرباء بجهد معين ، مثل نظام 12 فولت مشترك. يعتمد التيار الناتج بشكل مباشر على مقدار الضوء الذي يضرب الوحدة.

تستخدم الأجهزة الكهروضوئية الأكثر شيوعًا حاليًا تقاطعًا واحدًا ، أو واجهة ، لإنشاء مجال كهربائي داخل أشباه الموصلات مثل الخلية الكهروضوئية. في الخلية الكهروضوئية أحادية الوصلة ، يمكن فقط للفوتونات التي تساوي طاقتها أو تزيد عن فجوة النطاق في مادة الخلية أن تحرر إلكترونًا لدائرة كهربائية. بعبارة أخرى ، تقتصر الاستجابة الكهروضوئية للخلايا أحادية الوصلة على جزء من طيف الشمس الذي تكون طاقته أعلى من فجوة النطاق للمادة الممتصة ، ولا يتم استخدام الفوتونات منخفضة الطاقة.

تتمثل إحدى طرق التغلب على هذا القيد في استخدام خليتين مختلفتين (أو أكثر) ، مع أكثر من فجوة نطاق واحدة وأكثر من تقاطع ، لتوليد جهد. ويشار إلى هذه الخلايا "متعددة الوصلات" (وتسمى أيضًا الخلايا "المتتالية" أو "الترادفية"). يمكن للأجهزة متعددة الوصلات أن تحقق كفاءة تحويل إجمالية أعلى لأنها يمكن أن تحول المزيد من طيف الطاقة من الضوء إلى كهرباء.

كما هو موضح أدناه ، فإن الجهاز متعدد الوصلات عبارة عن كومة من الخلايا الفردية أحادية الوصلة بترتيب تنازلي لفجوة النطاق (على سبيل المثال). تلتقط الخلية العلوية الفوتونات عالية الطاقة وتمرر بقية الفوتونات ليتم امتصاصها بواسطة خلايا ذات فجوة نطاق أقل.