Günümüz toplumuher geçen gün gelişmektedir, ancak fosil enerjinin temsil ettiği gelenekselenerjinin (kömür, petrol vb.) kalite Yeni enerjinin geliştirilmesi vekullanılması Gündeme alındı. 

Fotovoltaikgüneş paneli enerji üretimi: bitkilerin fotosentezinden esinlenilmiştir 

Yeryüzündeki tümcanlıların kullanabileceği enerjinin temel olarak bitkilerin fotosentezindengeldiğini hepimiz biliyoruz. 

Bitkifotosentezi, ışık koşullarında bitki kloroplastlarında karbondioksit ve sudanşeker sentezlenmesinin biyolojik sürecini ifade eder.Şekerler metabolizmasırasında enerji üretebildikleri için güneş enerjisi bu şekilde depolanır. 

Ancak, bu enerjinindoğrudan bizim için kullanılması zordur ve genellikle kullandığımız elektrikhaline gelmeden önce dönüştürülmesi gerekir. Fizik ilkeleri bize enerji dönüşümsürecinin kaçınılmaz olarak enerji kaybına yol açacağını söylüyor. Sonuç olarakgüneş enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi konusu gündemegelmiştir. 

Peki, güneşenerjisi doğrudan elektriğe dönüştürülebilir mi? Bu dönüşüm süreciyle ilgilifaktörler nelerdir? Bu, 19. yüzyılın başlarında bilim adamları için dikkatedeğer bir önermedir. 

Neyse ki, busorun 19. yüzyılın sonunda büyük bir atılım gerçekleştirdi. 

"En güçlübeyin" ile ışık ve elektriğin gizemini keşfetti 

1887 yılındaünlü fizikçi Hertz (frekans birimine kendi adını vermiştir) yaptığı birçalışmada tesadüfen bir maddenin yüzeyinde parlayan ışığın maddenin elektrikselözelliklerinde değişikliklere neden olacağını keşfetti. Daha sonrakiçalışmalar, bunun elektron üretiminden kaynaklandığını kanıtladı, bu nedenle bufenomene "fotoelektrik etki" adı verildi. 

Resim:Fotoelektrik etkinin şematik diyagramı 

Bilmeliyiz ki, odönemde Newton'un kurduğu klasik fizik ilkeleri insanların düşüncelerine yönvermiştir. Bu ilke, ışığın bir ortamda iletilen bir tür dalga olduğuna inanır(düşünülebilir bir göle bir taş atıldığında, gölün yüzeyi, ortam olarak suyladışa doğru iletilen dalgalanmalarla salınır) ve dalganın enerjisi genlik(titreşim genliği) ile ilgilidir (ışık dalgasının genliği, ışığınyoğunluğudur). 

Resim:Dalgalar oluşturmak için taşlar göle atılıyor 

Bu olay sağduyuile çok tutarlı görünüyor. Kışın güneşin güçlü olmadığı, güneşe maruzkalındığında vücudun ısındığı, yazın ise güneşin göz kamaştırdığı ve cildinizikorumaya dikkat etmezseniz güneşten yanabileceğiniz düşünülebilir. Bu nedenle,klasik fizikte fotoelektrik etkinin gerçekleşip gerçekleşemeyeceği ışığınyoğunluğuna bağlıdır; ancak bu teori o zamanki bir dizi deneyin sonuçlarınaaykırıdır. 

Araştırmalaraynı madde için bazı renklerin ışığının, ışığın yoğunluğuna bakılmaksızınfotoelektrik etki üretemediğini ve bazı renklerin ışığının, yoğunluğu çok düşükolsa bile elektrik akımı üretebileceğini göstermiştir.Klasik fizik krizegirecek: bir fırtına tüm bilim camiasını süpürüyor. 

Fırtına yıkımıbesler, ancak onunla birlikte yeni bir hayat gelir. Fotoelektrik etki sorunu,bildiğimiz şekliyle Albert Einstein tarafından çözüldü. 

Einstein,görelilik teorisini kurmasıyla yaygın olarak tanınır, ancak böyle büyük birbilim insanının, bilim camiasında en yüksek onur olarak adlandırılan NobelÖdülü'nü neredeyse hiç kazanmadığını bilmiyor olabilirsiniz.Tartışma vetartışma şimdiye kadar durmadı. ). 

Einstein,fotoelektrik etkinin yaratıcı yorumu sayesinde 1921'de Nobel Fizik Ödülü'nükazandı. Işığın fotonlardan oluştuğunu ve fotonların doğasının enerji paketleriolduğunu öne sürdü.Her enerji paketinde bulunan enerji, frekansıyla (birimzamandaki değişim sayısı (1s)) ilişkilidir, bu nedenle ışık nesneyi aydınlatır.Yukarıda elektronların üretilip üretilemeyeceği tamamen enerji paketinin(foton) enerjisine (frekansına) bağlıdır ve enerji paketlerinin sayısıyla (ışık yoğunluğu) hiçbir ilgisi yoktur.   

Güneş pilleribir "sandviç" gibidir 

Yukarıdafotoelektrik etkinin keşif sürecini anlattık ve fotoelektrik etkinin nasılüretileceğini de biliyoruz.O halde üretilen elektronlar bizim tarafımızdannasıl kullanılabilir? 

Bu, başka birkavram-enerji seviyesi geçişini içerir. 

Resim: Enerjiseviyesi geçişinin şematik diyagramı 

Bir atom, birçekirdek ve ekstranükleer elektronlardan oluşur.Çekirdek dışındaki elektronlardağınık değil, fizik prensiplerine göre katmanlar halindedüzenlenmiştir.Çekirdeğe yakın elektronların enerjisi düşük, çekirdeğe uzakelektronların enerjisi daha yüksektir. enerji Farklı katmanlar Elektronların enerjileri farklıdırve bu enerji değerlerine "enerji seviyeleri" de denir. 

Normal koşullaraltında, ekstranükleer elektronlar her zaman en düşük toplam enerji biçimindedüzenlenme eğilimindedir.Bu tür elektronlara "temel durum" denir.Temel durumdaki atom belirli bir enerji formunu (örneğin bir foton) aldıktansonra, kendiliğinden bir enerji seviyesi geçişi olan daha yüksek bir enerjiseviyesine geçer ve geçişten sonraki elektrona "uyarılmış durum"denir. " 

Ne yazık ki,uyarılmış elektronlar kararlı değildir ve daha düşük enerji seviyelerine geçmeeğilimindedir.Elektronların fazla enerjisi, ışık enerjisi veya ısı enerjisişeklinde dağılır. 

Hayır, enerjisadece dağılıyor, yani hala elektrik alamıyoruz?   

Endişelenmeyin,fotoelektrik etki tarafından üretilen akımı iletmek için, genellikle güneşpilleri dediğimiz uygun bir cihaz yapısı oluşturmamız gerekiyor. 

Cihaz yapısısandviç gibidir.Fotoelektrik etkili aktif katman elektron taşıma katmanı vedelik (elektron geçişinden sonra oluşan kısmi elektron eksikliği olan kısımdelik olarak adlandırılır) taşıma katmanı ile sandviçlenir.İki uç elektrot malzemeleridir., genellikle metaller ve oksitler İndiyum kalay (ITO). 

Temel durumdakiatom belirli bir enerji formunu (örneğin bir foton) aldıktan sonra,kendiliğinden bir enerji seviyesi geçişi olan daha yüksek bir enerji seviyesinegeçer ve geçişten sonraki elektrona "uyarılmış durum" denir. "Elektron taşıma katmanının uyarılmış haldeki enerji seviyesi, aktif katmanınkinden biraz daha düşük olduğundan, aktif katmanın uyarılmış durumundaki elektronlar, aktif katmanın temel durumuna geri dönmek yerine kolaylıkla elektron taşıma katmanına aktarılır; delik taşıma katmanının temel durumu, aktif katmanın temel durumundan daha düşükken Elektron enerjisi biraz daha yüksektir ve elektron, aktif katmanın temel durumuna aktarma eğilimi gösterir. 

Bu, elektroniçin küçük bir adım ayarlamak gibidir, böylece elektronun üzerine basmak içinzor bir sıçrama (atlama) yerine sadece "ayağını kaldırması" gerekir,böylece tüm süreci başarmak kolaydır. 

Elektron taşımakatmanının ve delik taşıma katmanının etkin koordinasyonu sayesinde, tüm cihaztam bir döngü oluşturur ve aktif katmanda üretilen elektronlar bizimtarafımızdan dışa aktarılabilir ve kullanılabilir.   

Dönüşümden sonranihayet doğrudan güneş enerjisinden elektrik elde ederiz ve bu güneş pillerininprensibidir.