Solpaneler, også kendt som "solchips" eller "fotoceller" og "solceller", er fotoelektriske halvlederplader, der bruger sollys til direkte at generere elektricitet. En enhed, der direkte omdanner solenergi til elektrisk energi gennem den fotoelektriske effekt eller fotokemiske effekt. I fysik kaldes det fotovoltaisk (Photovoltaic, forkortet PV), eller kort sagt solcelle. Enkelte solceller kan ikke bruges direkte som strømkilder. For at kunne bruges som strømkilde skal flere enkelte solceller forbindes i serie og parallelt og tæt forseglet i komponenter. Dens funktionsprincip er simpelthen, at solpanelerne absorberer solenergi i løbet af dagen og omdanner det til elektrisk energi og lagrer det i batteriet, og batteriet driver solenergiens gadelys om natten. Så hvorfor producerer solpaneler elektricitet under solrige forhold?
Solpaneler bruger generelt enheder, der reagerer på lys og kan konvertere solenergi til elektricitet. Det mest almindelige materiale er silicium, som er et af de mest udbredte materialer på jorden. Det har halvlederegenskaber, som lægger grundlaget for den fotoelektriske konverteringsproces af solpaneler.
Men den første ting at forstå er, at ledningsevnen af rent silicium er meget dårlig, og der er ingen elektroner, der kan bevæge sig frit i krystalstrukturen. For at forbedre dets ledningsevne er rent silicium sædvanligvis doteret med sporurenheder for at forbedre dets ledningsevne. Ifølge denne karakteristik kan der fremstilles forskellige ledende enheder.
Til silicium, der bruges til at fremstille solpaneler af solenergi gadelys, tilsættes normalt fosfor eller bor. Når bor tilsættes, vil siliciumkrystallen danne et hul. Fordi det oprindelige siliciumatom er omgivet af 4 elektroner, og boratomet kun er omgivet af 3 elektroner, vil der også blive dannet huller, når det dopes ind i den oprindelige krystalstruktur. Uden elektroner er dette hul meget ustabilt og absorberer let andre elektroner for at danne en halvleder af P-typen.
Når fosforurenheder dopes ind i siliciumkrystaller, fordi der er 5 elektroner omkring fosforatomerne, vil den ekstra elektron være meget aktiv og danne en N-type halvleder. Der er mange huller i P-type halvledere, og der er mange aktive frie elektroner i N-type halvledere. Når de to kontakter, vil disse frie elektroner finde huller og fylde dem. Kontaktfladen mellem de to vil danne en potentialforskel, det vil sige en PN-forbindelse. P-siden er positivt og negativt ladet, og N-siden er positivt ladet.
Når lys modtages, vil energien i lyset blive overført til halvlederen. Denne energi vil løsne strukturen af elektronerne og bevæge sig frit. Dette skyldes, at solenergi vil skille elektroner og huller ad. Under normale omstændigheder vil en foton med en vis energi frigive en elektron, som tilfældigvis danner et frit hul. Hvis dette sker lige i nærheden af kontaktfladen, og når det tiltrækkes af det indbyggede elektriske felt, vil elektroner strømme ind i n-zonen, og huller vil strømme ind i P-zonen og danne en strøm fra N-type-zonen til P- type zone. Batteriets kraftværk er dannet. Elektricitet dannes af spænding, som bruges til opladning.
Det skal dog bemærkes, at halvledere ikke er gode ledere af elektricitet, og elektroner strømmer gennem PN-forbindelsen og strømmer derefter i halvlederen, hvilket vil forårsage en masse tab. Derfor er det øverste lag normalt belagt med metal. Men hvis det er færdigmalet, vil det få sollys til at undlade at passere. Under normale omstændigheder bruges et metalgitter til at dække PN-krydset. En anden ting at bemærke er, at overfladen af silicium er meget reflekterende. Hvis det ikke behandles, vil en stor mængde sollys blive reflekteret. For at løse dette problem vil producenten af solenergigadelygter normalt tilføje et lag beskyttende film med lav refleksionskoefficient på solpanelet. Tabet forårsaget af refleksion vil blive kontrolleret inden for 5 procent.
