I pannelli solari, noti anche come "chip solari" o "fotocellule" e "celle solari", sono fogli semiconduttori fotoelettrici che utilizzano la luce solare per generare direttamente elettricità. Un dispositivo che converte direttamente l'energia della luce solare in energia elettrica attraverso l'effetto fotoelettrico o effetto fotochimico. In fisica si chiama fotovoltaico (fotovoltaico, abbreviato in PV), o fotovoltaico in breve. Le singole celle solari non possono essere utilizzate direttamente come fonti di alimentazione. Per utilizzare come fonte di alimentazione, diverse celle solari singole devono essere collegate in serie e in parallelo e sigillate ermeticamente nei componenti. Il suo principio di funzionamento è semplicemente che i pannelli solari assorbono l'energia della luce solare durante il giorno e la convertono in energia elettrica e la immagazzinano nella batteria, e la batteria alimenta il lampione a energia solare di notte. Allora perché i pannelli solari producono elettricità in condizioni di sole?
I pannelli solari generalmente utilizzano dispositivi che rispondono alla luce e possono convertire l'energia della luce solare in elettricità. Il materiale più comune è il silicio, che è uno dei materiali più abbondanti sulla terra. Ha caratteristiche di semiconduttore, che gettano le basi per il processo di conversione fotoelettrica dei pannelli solari.
Ma la prima cosa da capire è che la conduttività del silicio puro è molto scarsa e non ci sono elettroni che possono muoversi liberamente nella struttura cristallina. Per migliorare la sua conduttività, il silicio puro viene solitamente drogato con impurità in tracce per migliorarne la conduttività. In base a questa caratteristica possono essere realizzati diversi dispositivi conduttivi.
Per il silicio utilizzato per realizzare i pannelli solari dei lampioni a energia solare, viene solitamente aggiunto fosforo o boro. Quando viene aggiunto il boro, il cristallo di silicio formerà un foro. Poiché l'atomo di silicio originale è circondato da 4 elettroni e l'atomo di boro è circondato da soli 3 elettroni, verranno generati anche dei buchi quando viene drogato nella struttura cristallina originale. Senza elettroni, questo buco è molto instabile e assorbe facilmente altri elettroni per formare un semiconduttore di tipo P.
Quando le impurità di fosforo vengono drogate in cristalli di silicio, poiché ci sono 5 elettroni attorno agli atomi di fosforo, l'elettrone in più sarà molto attivo, formando un semiconduttore di tipo N. Ci sono molti buchi nei semiconduttori di tipo P e ci sono molti elettroni liberi attivi nei semiconduttori di tipo N. Quando i due contatti, questi elettroni liberi troveranno dei buchi e li riempiranno. La superficie di contatto tra i due formerà una differenza di potenziale, cioè una giunzione PN. Il lato di tipo P è caricato positivamente e negativamente e il lato di tipo N è caricato positivamente.
Quando la luce viene ricevuta, l'energia contenuta nella luce viene trasferita al semiconduttore. Questa energia allenterà la struttura degli elettroni e si muoverà liberamente. Questo perché l'energia della luce solare distruggerà elettroni e lacune. In circostanze normali, un fotone con una certa energia rilascerà un elettrone, che per caso forma un buco libero. Se ciò accade proprio vicino alla superficie di contatto e quando attratti dal campo elettrico incorporato, gli elettroni fluiranno nella zona n e le lacune scorreranno nella zona P, formando una corrente dalla zona di tipo N alla zona P- tipo zona. Si forma la centrale elettrica della batteria. L'elettricità è formata dalla tensione, che viene utilizzata per la ricarica.
Tuttavia, va notato che i semiconduttori non sono buoni conduttori di elettricità e gli elettroni fluiscono attraverso la giunzione PN e quindi fluiscono nel semiconduttore, il che causerà molte perdite. Pertanto, lo strato superiore è solitamente rivestito di metallo. Tuttavia, se è completamente dipinto, non farà passare la luce solare. In circostanze normali, viene utilizzata una griglia metallica per coprire la giunzione PN. Un'altra cosa da notare è che la superficie del silicio è altamente riflettente. Se non viene trattato, verrà riflessa una grande quantità di luce solare. Per risolvere questo problema, il produttore di lampioni a energia solare di solito aggiunge uno strato di pellicola protettiva a basso coefficiente di riflessione sul pannello solare. La perdita causata dalla riflessione sarà controllata entro il 5%.
