Fotovoltaika a solární články

Solární fotovoltaická technologie přeměňuje světlo na elektřinu na atomární úrovni. Fotoelektrický jev způsobuje, že určité polovodičové materiály absorbují částice slunečního světla neboli fotony a uvolňují elektrony. Fotovoltaický článek vyrábí elektřinu z viditelného světla; solární článek absorbuje celý rozsah světelných frekvencí, nejen viditelné světlo, ze slunečního záření a přeměňuje sluneční záření na užitečnou energii. Jako bezpečný, udržitelný a účinný zdroj energie se fotovoltaické systémy a solární články používají pro síťovou nebo izolovanou výrobu energie v mnoha typech zařízení, od elektrických vozidel (EV) a solárních střech až po systémy pro čerpání a odsolování vody.  

Fotovoltaické články využívají vrstvené polovodičové materiály jako přechod PN k přeměně světelné energie ve formě fotonů na elektrický proud ve formě elektronů. Přechod PN je rozhraní mezi polovodičem typu p (materiál akceptoru elektronů) a polovodičem typu n (materiál donoru elektronů). Při absorpci fotonu polovodičem typu n dojde k uvolnění elektronu, čímž vznikne volný elektron a pár elektron-díra. Záporně nabitý elektron je přitahován k materiálu typu p a kladně nabitá díra je přitahována k materiálu typu n. Pokud je k elektrodám připojen uzavřený obvod, volný elektron bude procházet obvodem a vytvářet elektrický proud a napětí, dokud nedojde k jeho rekombinaci s elektronem-dírou zpět v materiálu typu p.

Účinnost fotovoltaických systémů se liší podle typu technologie fotovoltaických článků a typu použitého polovodičového materiálu. První solární články byly složeny z anorganických polykrystalických a monokrystalických materiálů. Výrazného pokroku ve fotovoltaické technologii bylo dosaženo díky pozoruhodnému pokroku v oblasti organické elektroniky a materiálů.

Organický solární článek je lehký, flexibilní a lze jej vyrobit za nízkou cenu s vysoce výkonnými polymerními donory, fullerenem a nefullerenovými akceptory (NFA) pomocí nízkoteplotních roztokových procesů na transparentním vodiči, jako je oxid india a cínu (ITO) nebo oxid cínu dopovaný fluorem (FTO). Organické materiály pro přenos děr (HTM) umožnily vznik vysoce výkonných perovskitových solárních článků jako alternativní, účinnější metody získávání sluneční energie.

Perovskitové solární články obvykle používají jako aktivní vrstvu pro získávání světla hybridní anorganicko-organický materiál. Výhodou perovskitových solárních článků je vysoká účinnost přeměny, nízké náklady a jednoduchá výroba, což z nich činí nejrychleji se rozvíjející solární technologii pro komerční využití. Perovskity s halogenidy olova mají nejvyšší účinnost přeměny a jsou nejrychleji se rozvíjející technologií solárních článků.