Lankide:Luis Goitiandia/Efektu fotovoltaikoa

Efektu fotovoltaikoa argiaren eraginez material batean tentsio eta korronte elektrikoa sortze prozesua da. Fenomeno fisiko eta kimikoa da.

Efektu fotovoltaikoa efektu fotoelektrikoarekin oso lotuta dago. Bi fenomenoetan, argia xurgatu egiten da, honek elektroi edo beste karga eramaile baten kitzikapena eragin dezake energia altuagoko egoerara igaroz. Bereizketa nagusia honakoa da: Gaur egun efektu fotoelektriko terminoa karga eramailea materialetik kanporatzen denean (hutsera normalean) erabiltzen da, eta efektu fotovoltaiko terminoa erabiltzen da karga eramailea materialaren barruan gelditzen denean. Bi kasuetan, potentzial-diferentzia (edo tentsioa) sortzen da kargak bereiztean, eta argiak nahikoa energia izan behar du energi-langa hori gainditzeko. Fisikoki, igorpen fotoelektrikoak kargak bereizten ditu eroapen balistikoaren bidez eta igorpen fotovoltaikoak difusioaren bidez. Hala ere, "eramaile bero" dituzten gailu fotovoltaiko batzuek bereizketa hori lausotzen dute.

1839an Edmond Becquerelek efektu fotovoltaikoaren lehen frogapena erdietsi zuen, zelula elektrokimiko bat erabiliz. Bere aurkikuntza Comptes rendus de l'Académie des sciences liburuan azaldu zuen: "Korronte elektrikoa sortzea, bi platino edo urre xafla soluzio azido, neutro edo alkalino batean sartuta eguzki erradiazioraren eraginpean jartzen direnean"

Lehenengo eguzki-zelula, urrezko film mehe batez estalitako seleniozko geruza batez osatua, Charles Frittsek esperimentatu zuen 1884an, baina eraginkortasun eskasa zuen. Hala ere, efektu fotovoltaikoaren erabilpen ezagunenak egoera solidoko gailuak erabiltzen ditu, batez ere fotodiodoak. Eguzki argiak edo nahikoa energia duen beste argiak fotodiodoan eragiten duenean, balentzia-bandan dauden elektroiek energia xurgatzen dute, eta, kitzikatuta egonik, batzuk eroapen-bandara jauzi egin eta aske bihurtzen dira.

Kitzikatutako elektroi hauek hedatu egiten dira, eta batzuk diodoaren junturara iristen dira (normalean diodoa p-n juntura bat da). Bertan dagoen ukipen-potentzialak azeleratu egiten ditu n-motako erdieroalerantz Fenomeno honek indar elektroeragilea eta korronte elektrikoa sortzen ditu; eta, beraz, argiaren energia zati bat energia elektriko bihurtzen da. Efektu fotovoltaikoa gerta daiteke ere bi fotoi aldi berean xurgatzen direnean, "bi fotoi efektu fotovoltaikoa" deitutako prozesuan.

Elektroi askeak zuzenean kitzikatzeaz gain, efektu fotovoltaikoa sor daiteke argia xurgatzeak eragindako beroketaren ondorioz. Beroketak material erdieroaleen tenperatura handitzea eragiten du, materialean tenperatura gradienteak sortuz. Gradiente termiko horiek, tentsio bat sor dezakete Seebeck efektuaren bidez. Materialaren araberan kitzikapen zuzena edo efektu termikoa nagusituko da efektu fotovoltaikoa sorreran.

Aurreko efektu guztiek korronte zuzena sortzen dute. Korronte alternoko efektu fotovoltaikoaren (AC PV) lehen esperimentu Haiyang Zou doktoreak eta Prof. Zhong Lin Wang Georgia Institute of Technologyzentroan erdietsi zuten 2017an. AC PV efektua korronte alternoko (AC) sorrera da, argiak materialaren junturan edo interfazean periodikoki distira egiten duenean. AC PV efektua eredu kapazitiboan oinarritzen da, korrontea argiaren distiraren maiztasunaren araberakoa izanik. AC PV efektua juntura / interfazearen ondoan dauden erdieroaleen ia-Fermi mailen arteko desbideratze erlatiboaren eta lerrokatzearen emaitza da, orekarik gabeko baldintzetan. Kanpoko zirkuituan elektroiak aurrera eta atzera higitzen dira bi elektrodoen arteko potentzial-diferentzia orekatzeko. Eguzki-zelula organikoetan ez da CA PV efekturik agertzen, material hauek hasierako karga-eramaile kontzentraziorik ez dutelako.

Aplikazio fotovoltaiko gehienetan erradiazioa eguzki argia da, eta gailuei eguzki-zelulak deitzen zaie. PN juntura (diodo) erdieroale batez osatutako eguzki-zelula baten kasuan, materiala argitzeak korronte elektrikoa sortzen du, elektroi kitzikatuak eta gainerako hutsuneak kontrako noranzkoetan barreiatzen direlakdeplezio-geruzako eremu elektrikoak bultzaturik. AC PV oreka ez den baldintzetan funtzionatzen du. Lehenengo ikerketa p-Si / TiO2 nanofilm batean oinarritu zen. PN juntura batean oinarritutako PV efektu konbentzionalak sortzen duen DC irteeraz gain, korronte alternoa ere sortzen dela interfazean argi keinukaria pizten denean. AC PV efektuak ez du Ohm-en legea jarraitzen, eredu kapazitiboan oinarritzen baita. Sortutako korrontea disdiraren maiztasunaren araberakoa da; baina tentsioa maiztasunarekiko independentea da. Korronte alternoko korronte gailurra kommutazio maiztasun handian DCan sortzen dena baino askoz ere handiagoa izan daiteke. Irteeraren magnitudea materialen argi xurgapenarekin ere erlazionatuta dago.

Ikusi ere

• Eguzki-zelulen teoria
• Indar elektroeragilea eguzki-zeluletan
• Efektu fotoelektrikoa

Erreferentziak

[[Kategoria:Elektrokimika]] [[Kategoria:Kimika kuantikoa]] [[Kategoria:Category:Energia eraldaketa]] [[Kategoria:Category:Gailu fotovoltaikoak]] [[Kategoria:Category:Fenomeno elektrikoak]]