يتم إنشاء هذه المناطق المعاكسة عن طريق إضافة شوائب مختلفة لإنتاج إلكترونات زائدة (نوع n) أو ثقوب زائدة (نوع p). تحرر الإضاءة الإلكترونات والثقوب الموجودة على جوانب متقابلة من التقاطع لإنتاج جهد عبر التقاطع يمكنه دفع التيار، وبالتالي تحويل الضوء إلى طاقة كهربائية. الإشعاع والتأثير الكهروضوئي: تحدث التأثيرات الكهروضوئية الأخرى بسبب الإشعاع عند الترددات العالية، مثل الأشعة السينية وأشعة جاما. يمكن للفوتونات عالية الطاقة هذه إطلاق الإلكترونات بالقرب من النواة الذرية، حيث تكون مرتبطة بإحكام. عندما يتم إخراج مثل هذا الإلكترون الداخلي، ينخفض بسرعة إلكترون خارجي ذو طاقة أعلى لملء الفراغ. ينتج عن الطاقة الزائدة انبعاث إلكترون واحد أو أكثر من الذرة، وهو ما يسمى "تأثير أوجيه". يُرى أيضاً في طاقات الفوتون العالية "تأثير كومبتون"، الذي ينشأ عندما يصطدم فوتون من الأشعة السينية أو أشعة جاما بإلكترون. التأثير الكهروضوئي، الاكتشاف الذي أعطى أينشتاين جائزة نوبل - أنا أصدق العلم. يمكن تحليل التأثير من خلال نفس المبادئ التي تحكم التصادم بين أي جسمين، بما في ذلك الحفاظ على الزخم. يفقد الفوتون طاقة للإلكترون، وهو انخفاض يتوافق مع زيادة طول موجة الفوتون وفقاً لعلاقة أينشتاين (E = hc / λ).
أضف إلى ذلك، هنالك ضياع كبير في الطاقة عند التحويل إلى طاقة ميكانيكية أو حرارية قبل التحويل إلى الطاقة الكهربائية. كل هذه العوامل تجعل من تقنية الفوتو فولتيك 'Photovoltaic PV' التي نعرفها من خلال اللوحات الكهروضوئية ثورة حقيقية في توليد الكهرباء بشكل مباشر من الضوء بأسلوب فعال وصديق للبيئة. باختصار، تقنية الألواح الشمسية ( أو الألواح الكهروضوئية فوتو فولتيك) هي التقنية المستخدمة لتحويل الضوء إلى كهرباء بشكل مباشر باستخدام أنصاف النواقل التي تخضع للتأثير الكهروضوئي. في هذه المقالة سوف نتعرف بشكل مبسط على مكونات الخلية الكهروضوئية و التي هي المكون الرئيسي للألواح الكهروضوئية، آلية العمل، و المصطلحات العامة المستخدمة لتوصيف هذه الطاقة. مبادئ عامة قبل التحدث عن آلية عمل الخلايا الكهروضوئية، علينا أن نستذكر مبدأ عمل مكونات هذه الخلايا لفهم كيفية حدوث الفعل الكهروضوئي. الشرح التالي مبسط جدا لأن الهدف من هذه المقالة هو توعوي و ليس بحثي أو أكاديمي. ظاهرة التأثير الكهروضوئي. أولا: تنقسم المواد بشكل عام إلى نواقل و عوازل و أنصاف نواقل. بالنسبة للمواد الناقلة كالنحاس مثلا, يعود سبب هذه الناقلية إلى الارتباط الضعيف لإلكترونات المدار الأخير لهذه الذرات مما يسهل هجرتها لذراتها و طفو هذه الإلكترونات عبر الناقل و مرور التيار الكهربائي.
تفسيرالملاحظات التجريبية: ح1: عند تعريض الصفيحة للأشعة يحدث انتزاع لبعض الإلكترونات الحرة من الصفيحة فتتعادل شحنتها. ح2: تتكون الأشعة الصادرة عن مصباح بخار الزئبق من أشعة مرئية وتحت حمراء وفوق بنفسجية وعند مرورها باللوح الزجاجي يمتص الأشعة فوق البنفسجية مما يدل على أنها العامل المسبب لانتزاع الإلكترونات حيث أنها ذات توتر عال وطول موجي قصير. كما أن زيادة شدة الإضاءة لم تؤثر مما يدل على أنها لا تملك تأثيرا. ح3: بعد تحرر الإلكترونات من الصفيحة يحدث تجاذب بينهما ولا تتغير الشحنة. حاول علماء الفيزياء في القرن التاسع عشر شرح التأثير الكهروضوئي باستخدام الفيزياء الكلاسيكية إلا انهم فشلوا وقد أدى هذا في نهاية المطاف إلى تطوير الوصف الحديث للإشعاع الكهرومغناطيسي الذي له خصائص تشبه الأمواج والجسيمات وظهور مفهوم ازدواجية الموجة-والجسيم حيث أنهم وضعوا نظرية مفادها أن الحقل الكهربائي المتذبذب لموجة الضوء الوافدة كان يسخن الإلكترونات مما جعلها تهتز ، مما أدى في نهاية المطاف إلى تحريرها من سطح المعدن. استندت هذه الفرضية على افتراض أن الضوء سافر تمامًا كموجة عبر الفضاء كما اعتقدوا أيضًا أن طاقة الموجة الضوئية كانت متناسبة مع سطوعها ، والذي يرتبط بسعة الموجة.
بتطبيق دارة على الخلية الكهروضوئية، تغادر الإلكترونات الخلية الشمسية عن طريق الواجهة المعدنية و تعود عن طريق الواصل الخلفي لتندمج مع الفجوات الوفيرة في الرقاقة الموجبة. هذه الحركة تولد تيارا كهربائيا بعكس جهة الإلكترونات. و بتوصيل الخلايا الكهروضوئية على التفرع و على التسلسل نحصل على الألواح الشمسية (عادة ما تكون مؤلفة من 60 خلية أو 72 خلية). إن تصميم توصيل الخلايا على التفرع أو على التسلسل و فصل الخلايا إلى مجموعات يتم لتحديد فولطية و تيار اللوحة الشمسية و التي تكون عادة مكتوبة على اللاصق خلف الخلية. إليكم هذا الفيديو التوضيحي باللغة الإنجليزية خلاصة مبدأ العمل البسيط هذا مستخدم منذ عشرات السنوات في تطبيقات الفضاء و تطبيقات متخصصة أخرى، أما سبب إنتشار هذه التكنولوجيا في الآونة الأخيرة فهو وصول الشركات إلى كفاءات تحويل عالية و تخفيض سعر التصنيع لجعل الطاقة الكهربائية المولدة باستخدام هذه اللوحات تنتج بأسعار منافسة للطرق التقليدية لتوليد الكهرباء. أتمنى أن يكون هذا المقال قد نال أعجابكم و ساعدكم على التعرف على مبدأ عمل الطاقة الشمسية فوتو فولتيك و سنكون سعيدين بقراءة أسئلتكم في التعليقات و اشتراككم بقناتنا على اليوتيوب و اشتراككم بخدمة الأخبار على الموقع ليصلكم كل جديد.