Hoe werkt een fotovoltaïsche cel?

Waaruit bestaat een fotovoltaïsche cel?

Om goed te begrijpen hoe een fotovoltaïsche cel precies werkt, is het nuttig om eerst de samenstelling ervan eens van dichtbij te bekijken. Elk onderdeel van een fotovoltaïsche cel heeft namelijk specifieke eigenschappen. Precies dankzij die zorgvuldige combinatie kunnen fotovoltaïsche cellen zonnestralen omzetten in energie.

 

 

Wat zit er allemaal in een fotovoltaïsche cel?

Een fotovoltaïsche cel kun je eigenlijk nog het best vergelijken met een grote tompoes: elk laagje doet zijn werk en samen slagen ze erin om de zonnestralen te absorberen. Een tompoes met superkrachten dus! De verschillende laagjes zijn:

• Glas: Elke cel krijgt ter bescherming een laagje glas langs de buitenkant.
• Een reflectiewerende coating: Zodra de zonnestralen de fotovoltaïsche cel bereiken, moet hun energie worden vastgehouden. Om te voorkomen dat de zonnestralen ontsnappen, wordt silicium gebruikt, een halfgeleidend materiaal met uitermate reflecterende eigenschappen.
• Een geleidend metalen rooster: Dit rooster wordt ook de pluspool genoemd.
• Een halfgeleidende N-laag: Dit is een laag met een vrije negatieve lading.
• Een halfgeleidende P-laag: Dit is een laag met een vrije positieve lading.
• Een geleidende metalen laag: Deze laag wordt ook de minpool genoemd.  De plus- en minpool beschermen ook de halfgeleidende laag tegen corrosie: roest blokkeert namelijk de werking van de fotovoltaïsche cel.

Het voornaamste bestanddeel van een fotovoltaïsche cel is silicium (een materiaal dat ook in computers wordt gebruikt). Silicium wordt gewonnen uit zand en is een ideaal neutraal platform voor de transmissie van elektronen. Dit halfgeleidende materiaal werd overigens ontdekt door de Franse Edmond Becquerel – een weetje waarmee je straks kunt scoren in Trivial Pursuit!

 

Hoe werkt een fotovoltaïsche cel?

Om elektriciteit te creëren, moeten alle elektronen zich in dezelfde richting bewegen. Dat weet je vast nog wel. 

In het fotovoltaïsche proces zorgen de zonnestralen voor fotonen. Die fotonen zetten de elektronen in het silicium en de fosforatomen in de bovenste laag van de cel in beweging.

De elektronen worden vervolgens via een kabel waarin elektriciteit wordt opgewekt naar de onderste laag van de cel geleid. Deze onderste laag bestaat uit silicium en borium (een materiaal dat arm is aan elektronen). Net als in een batterij gaan de elektronen van een plaat met veel elektronen naar een plaat met weinig elektronen. Die beweging genereert gelijkstroom, die naar de omzetter wordt geleid. Daar wordt de gelijkstroom omgezet in wisselstroom die geschikt is voor ons elektriciteitsnet en onze apparaten.

 

De voordelen van het fotovoltaïsche effect

Vanuit een praktisch oogpunt biedt het fotovoltaïsche effect alvast twee grote voordelen:

1. Het fotovoltaïsche effect wordt gegenereerd door licht en niet door warmte. Je fotovoltaïsche cellen werken dus ook bij koud weer, regen of bewolking.

2. Het fotovoltaïsche effect ontstaat zonder enige vorm van beweging in de zonnepanelen. Alles gebeurt binnenin en onzichtbaar, zonder risico op breuk of slijtage.

 

Samengevat zijn fotovoltaïsche cellen of zonnecellen elektronische bestanddelen die elektriciteit kunnen opwekken met behulp van zonnestralen en het fotovoltaïsche effect. Dat effect vloeit voort uit de absorptie van fotonen in silicium, een halfgeleidend materiaal. Het contact tussen de zonnestralen en het silicium genereert vervolgens spanning of een elektrische stroom. Schitterend, toch?