| Verwante artikelen: |
Om zonlicht om te zetten in elektriciteit, maken we gebruik van zonnecellen. Die cellen worden gegroepeerd in zonnepanelen, om meer elektriciteit te kunnen produceren.
Een zonnecel is een rond of vierkant plaatje met verschillende lagen van o.a. 
halfgeleiders. Waarom er precies halfgeleiders worden gebruikt, dat leggen we verder uit.
Opbouw van de zonnecel
Laat eens ons even kijken hoe zo'n zonnecel is opgebouwd. Behalve de halfgeleiders zijn er nog heel wat meer lagen te onderschijden in een dergelijke cel.
- Beschermlaag: dit is een hele harde en gladde laag die de onderliggende zonnecellen beschermt tegen beschadiging, en die voorkomt dat er veel vuil blijft kleven
- Kleeflaag: transparante laag die alle zonnecellen op zijn plaats houdt
- Anti-reflectielaag: geeft de typische blauwe kleur aan zonnepanelen; zorgt ervoor dat er geen nuttige zonne-energie verlorgen gaat door reflectie op de panelen
- Contactstroken: metalen geleiders die boven en onder de halfgeleiders worden gemonteerd; zij zullen de elektrische stroom afvoeren
- Halfgeleider: een laag silicium
- Scheidingslaag: laag die de twee halfgeleiders van elkaar scheidt (sperlaag)
- Halfgeleider: een laag silicium
In het volgende hoogdstuk leggen we uit hoe de zonnecel is, en wat de functie van elk van de lagen daarbij is.
Werking van de zonnecel
De huidige types zonnecellen zijn dus opgebouwd met silicium (wordt gewonnen uit zand). Bij halfgeleiders kunnen elektronen (negatieve ladingen) gemakkelijk vrijgemaakt worden (zij staan in voor de geleiding) door het toevoegen van thermische energie.
Als je een elektron vrijmaakt, dan valt de plaats waar het zat open. Dit wordt dan een positieve lading. Die plaats noemen we ook wel een "gat". Als een naburig elektron dit gat opvult, ontstaat op de plaats waar dat elektron zat een nieuw gat. Zo kunnen ook positieve ladingen zich verplaatsen. De gevormde gaten dragen bij tot de elektrische geleiding.
Deze manier van geleiding kan bij halfgeleiders enorm opgedreven worden door het dopen ervan.
Doping
Door doping van silicium kunnen er twee soorten silicium onstaan: n-silicium en p-silicium. We leggen hierna uit hoe de beide vormen onstaan...
Silicium is een vierwaardig (vier elektronen om te binden met andere elementen) element. Net zoals bv. koolstof in een diamantrooster vormt silicium in een zuiver kristal bindingen met 4 buren.
Alle vier elektronen van van elke siliciumatoom zijn dus gebonden. Er zijn bijgevolg geen vrije elektronen die kunnen zorgen voor geleiding. Zuiver silicium is dus een sleche geleider.
We kunnen dit echter veranderen door er "vreemde" atomen aan toe te voegen. Dit proces noemen we dopen.
Als je aan silicium een atoom van een vijfwaardig element (vb. fosfor of arseen) toevoegt, zal dit element met 4 buren een binding aangaan. Het vijfde elektron is niet vastgelegd. Door thermische energie toe te voegen, kunnen we dat vijfde elektron vrij maken. Op die manier komen er evenveel vrije elektronen los als we vreemde atomen hebben toegevoegd.
Het kristal dat zo ontstaat is n-silicium. De n staat voor de negatieve vrije ladingen. Ze worden de "donoren" genoemd.
Als de doping gebeurt met atomen van een driewaardig element (vb. boor of galenium), zal het atoom van dat element een elektron extra nodig hebben om met 4 buren te kunnen binden. Dat extra elektron komt van een silicium-atoom. Daardoor onstaat er bij dat atoom een positief gat. Bijgevolg ontstaat er een driewaardig silicium-atoom.
Het kristal dat zo ontstaat is p-silicium. de p staat voor de positief geladen vrije ladingdragers. Ze worden de "acceptoren" genoemd.
Het photovoltaïsch effect
Je kan nu een pn-diode maken, als je een kristal vormt waarin een p- en een n-laag voorkomen. Als je de pn-diode belicht, genereert de straling die invalt een vrij negatief elektron, en het daarbij horende positieve gat.
Een bundel lichtstralen bestaat uit een stroom van fotonen, die zich met de lichtsnelheid voortbewegen. Elke foton bevat een hoeveelheid energie waardoor deze ladingen vrijkomen.
Het n-deel van het kristal is rijk aan vrije elektronen, en het p-deel van het kristal is rijk aan positieve gaten. Uit het n-gebied verplaatsen zich zwak gebonden elektronen naar het p-gebied, waar recombinatie met positieve gaten plaatsvindt. Tegelijkertijd gaan er gaten van het p-gebied naar het n-gebied en recombineren er met de negatieve elektronen. De beide verplaatsingen geven een conventionele stroom van p naar n, en daardoor worde n-zone positief geladen.
Door de migratie van de ladingen ontstaat er een grenslaag, die we de sperlaag noemen. Over deze sperlaag ontstaat er een spanning. Deze valt weg als er een evenwichtstoestand is gevormd. Daardoor is een voortdurende inval van zonlicht noodzakelijk om steeds elektronen en gaten vrij te maken.
Bijgevolg kan je nu begrijpen waarom er bij bewolking of gewoon 's nachts, weinig of geen stroom wordt geproduceerd door de zonnepanelen.
