الخلايا الكهروضوئية
ما هي الخلايا الكهروضوئية؟
الخلايا الكهروضوئية، أو خلايا الفولطاضوئية كما يطلق عليها اختصارًا، هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. ربما تكون قد رأيت ألواحًا كهروضوئية - وهي مجموعات مكونة من خلايا الفولطاضوئية - على المنازل أو الشركات حول مكان إقامتك. قد يكون لديك حتى ألواح كهروضوئية على سطح منزلك.
ستقدم هذه الدورة نظرة عامة موجزة على المفهوم العام لكيفية عمل الخلايا الكهروضوئية. بالطبع، فإن الصورة الكاملة لكيفية عمل الخلايا الكهروضوئية معقدة إلى حد ما، ولا يمكن شرحها بالكامل في درس واحد. سيتعمق باقي هذا الفصل في التفاصيل لمساعدتك على فهم مبدأ عمل الخلايا الكهروضوئية حقًا.
لقد أمضينا بالفعل بعض الوقت في هذه الدورة في التعرف على الطاقة المتوفرة في ضوء الشمس - إنها عملية نقل للطاقة عبر الإشعاع الحراري من الشمس.
أساسًا، يتم توصيل هذه الطاقة بواسطة جسيمات شبه ضوئية من الإشعاع الكهرومغناطيسي نسميها الفوتونات. يجب أن تكون على دراية أيضًا بفكرة الطاقة الكهربائية من حياتك اليومية. على سبيل المثال، يتم استخدام الطاقة الكهربائية لتشغيل الجهاز الذي تستخدمه للوصول إلى هذا الدرس:
تأتي الطاقة الكهربائية من حركة الإلكترونات.
في المصباح المتوهج، تتدفق الإلكترونات عبر سلك رفيع يسمى الفتيل. تؤدي مقاومة تدفق الإلكترونات في السلك إلى تحويل حركة الإلكترونات إلى طاقة حرارية. بمجرد أن يصل الخيط إلى درجة حرارة عالية (بفضل تدفق الإلكترونات)، فإنه يبدأ في إصدار الضوء المرئي على شكل إشعاع الجسم الأسود. بهذه الطريقة، يحول المصباح الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى ضوء: إذا قامت خلية كهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، فهذا يعني أنها يجب أن تمتص الفوتونات من أجل تحفيز حركة الإلكترونات. في وقت سابق من الدورة، نظرنا إلى التأثير الكهروضوئي، حيث يمكن للفوتونات الساقطة إخراج الإلكترونات من المادة:
التأثير الكهروضوئي و التأثير الفوتوكهروي،
كان من الممكن استخدام التأثيرالكهروضوئي لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء - فعندما يحدث التأثير الكهروضوئي، يتم امتصاص الفوتون لطرد إلكترون، والذي أصبح له الآن حركة يمكن جمعها كطاقة كهربائية.
لسوء الحظ، هناك حاجة إلى فوتونات ذات طاقة عالية جدًا لإحداث التأثير الكهروضوئي، ومعظم الفوتونات الشمسية لن تكون نشطة بما يكفي لطرد إلكترون. وبما أن الغالبية العظمى من الفوتونات الشمسية الساقطة لن تطرد إلكترونًا، فإنها لن تحول طاقتها إلى طاقة كهربائية، وستكون كفاءة التحويل الكلية لنظامنا منخفضة. وبدلاً من ذلك، تستخدم الخلايا الكهروضوئية التأثير الكهروضوئي.
يتشابه التأثير الكهروضوئي مع التأثير الفوتوكهروي، ولكن بدلاً من تنشيط الإلكترونات لدرجة إخراجها من المادة، يتم تنشيط الإلكترونات بينما لا تزال محصورة داخل المادة:
النقاط الرئيسية:
يمكن استخدام التأثير الكهروضوئي لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
يتطلب التأثير الكهروضوئي فوتونات عالية الطاقة.
معظم الفوتونات الشمسية لا تملك طاقة كافية للتأثير الكهروضوئي.
تستخدم الخلايا الكهروضوئية التأثير الكهروضوئي بدلاً من ذلك.
في التأثير الكهروضوئي، تظل الإلكترونات داخل المادة عند تنشيطها.
