Zasada działania ogniwa słonecznego
Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika i tworzy złącze p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika, związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki różnych rodzajów w różne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi (mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne, czyli takie, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą a elektrolitem.
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Ogniwo_s%C5%82oneczne
Kilka fizycznych faktów o efekcie fotoelektrycznym
Zaproponowane przez Alberta Einsteina wyjaśnienie zjawiska i jego opis matematyczny oparte jest na założeniu, że energia wiązki światła pochłaniana jest w postaci porcji (kwantów) równych \displaystyle h\nu h\nu , gdzie h jest stałą Plancka, a \displaystyle \nu \nu oznacza częstotliwość fali. Kwant promieniowania pochłaniany jest przy tym w całości. Einstein założył dalej, że usunięcie elektronu z powierzchni metalu (substancji) wymaga pewnej pracy zwanej pracą wyjścia, która jest wielkością charakteryzującą daną substancję (stałą materiałową). Pozostała energia unoszona jest przez emitowany elektron. Z tych rozważań wynika wzór:
\displaystyle h\nu =W+E_k \displaystyle h\nu =W+E_k
gdzie:
h ? stała Plancka;
? ? częstotliwość padającego fotonu;
W ? praca wyjścia;
Ek ? maksymalna energia kinetyczna emitowanych elektronów.
Hipoteza kwantów wyjaśnia, dlaczego energia fotoelektronów jest zależna od częstości światła, oraz że poniżej pewnej częstotliwości światła zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi. Einstein opublikował swoją pracę, w której wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne, w Annalen der Physik w 1905 r.
Otrzymane równanie zostało potwierdzone doświadczalnie przez Millikana. Millikan był zagorzałym przeciwnikiem koncepcji Einsteina i przez 10 lat eksperymentował próbując ją obalić. Paradoksalnie, jego doświadczenia stały się koronnym dowodem słuszności kwantowej natury światła. Co więcej, precyzyjne pomiary Millikana umożliwiły bardzo dokładne wyznaczenie stałej Plancka. Równanie opisujące zależności energetyczne w fotoefekcie nazywane bywa równaniem Millikana-Einsteina.
W 1921 roku Einstein uzyskał Nagrodę Nobla, za specjalne osiągnięcia w dziedzinie fizyki, w szczególności za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego (teoria względności nie była wtedy jeszcze wystarczająco poparta obserwacjami).
Idea kwantu energii została zapożyczona przez Einsteina z prac Plancka dotyczących wyjaśnienia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego.
Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_fotoelektryczny#Obja.C5.9Bnienie_zjawiska
Zarabianie na energii
Fotowoltaika jest bardzo często wykorzystywana do zarabiania przez właściciela takiej instalacji. W świetle obowiązującego prawa najbardziej korzystne jest produkowanie energii elektrycznej za pomocą paneli fotowoltaicznych a następnie sprzedaż prądu do elektrowni. Oczywiście, dzięki temu możemy nawet sporo zarobić, jednak w dużej mierze zależy to od tego, jak duży obszar obejmują panele i jak dużo prądu w konsekwencji produkujemy. O wiele prostsze wydaje się wykorzystanie dachu jako miejsce na instalację kolektorów słonecznych. Co prawda, w tym zakresie sprzedaż nie jest możliwa, ale możemy dzięki temu otrzymać bezpłatnie ciepłą wodę, co ma duże znaczenie szczególnie przy większej ilości osób czy też w gospodarstwach, które zużywają duże ilości ciepłej wody.