Mis on fotovootika?

Ülaltoodud diagramm illustreerib põhilise fotogalvaanilise elemendi, mida nimetatakse ka päikesepatareiks, tööd. Päikesepatareid valmistatakse sama tüüpi pooljuhtmaterjalidest, nagu räni, mida kasutatakse mikroelektroonikatööstuses. Päikesepatareide jaoks töödeldakse õhukest pooljuhtplaati spetsiaalselt, et moodustada elektriväli, mille ühel pool on positiivne ja teiselt poolt negatiivne. Kui valgusenergia tabab päikesepatarei, löövad elektronid pooljuhtmaterjali aatomitest lahti. Kui positiivsele ja negatiivsele küljele on kinnitatud elektrijuhtmed, mis moodustavad elektriahela, saab elektronid kinni püüda elektrivooluna, st elektrina. Seda elektrit saab seejärel kasutada koorma, näiteks valgusti või tööriista toiteks.

Mitmeid üksteisega elektriliselt ühendatud ja tugistruktuuri või raami külge kinnitatud päikesepatarei nimetatakse fotogalvaaniliseks mooduliks. Moodulid on ette nähtud elektrienergia varustamiseks teatud pingega, näiteks tavaline 12-voldine süsteem. Toodetud vool sõltub otseselt sellest, kui palju valgust moodulit tabab.

Tänapäeva kõige levinumad PV-seadmed kasutavad pooljuhis, näiteks PV-elemendis, elektrivälja loomiseks ühte ristmikku või liidest. Üheühendusega PV-elemendis saavad elektroni elektriahela jaoks vabastada ainult need footonid, mille energia on võrdne raku materjali ribalaiusega või sellest suurem. Teisisõnu, ühe ühenduskohaga elementide fotogalvaaniline reaktsioon on piiratud päikese spektri selle osaga, mille energia on üle neelava materjali ribalaiuse, ja madalama energiaga footoneid ei kasutata.

Üks võimalus sellest piirangust mööda hiilida on kasutada pinge genereerimiseks kahte (või enamat) erinevat elementi, millel on rohkem kui üks ribalaius ja rohkem kui üks ristmik. Neid nimetatakse "mitmeühendusega" rakkudeks (nimetatakse ka "kaskaad- või tandemrakkudeks). Mitmeühendusega seadmed võivad saavutada suurema kogukonversiooniefektiivsuse, kuna need suudavad muundada suurema osa valguse energiaspektrist elektriks.

Nagu allpool näidatud, on mitme ristmikuga seade üksikute üheühendusega rakkude virn ribavahemiku (nt) kahanevas järjekorras. Ülemine rakk püüab kinni suure energiaga footonid ja laseb ülejäänud footonid edasi, et need neelduksid madalama sagedusribaga rakkudesse.