Ogniwa fotowoltaiczne są urządzeniami służącymi do zamiany energii słonecznej w energię elektryczną. W roku 2007 pokazano po raz pierwszy ogniwa 3D – cechujące się lepszą wydajnością.

Ilość energii dochodząca do ziemi z najbliżej gwiazdy – Słońca jest nieprawdopodobnie duża. Jeżeli potrafilibyśmy przetworzyć całą energię słoneczną docierającą do ziemi w ciągu kilku godzin, wówczas pokrylibyśmy zapotrzebowanie na energię dla całej ludzkości w ciągu całego roku. Jednym ze sposobów wykorzystania promieniowania elektromagnetycznego słońca są baterie słoneczne zbudowane z ogniw fotowoltaicznych. Wykorzystywane są one popularnie w kalkulatorach, w zegarkach, a także w niektórych krajach do zasilania budek telefonicznych czy stacji meteorologicznych. Są także coraz częściej montowane na dachach domów, jachtów, a nawet samochodów kempingowych jako dodatkowe źródło energii elektrycznej.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Ogniwo fotowoltaiczne zbudowane jest z dwóch warstw przewodnika typu p n, w którym pod wpływem fotonów o odpowiedniej energii (energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika) następuje oderwanie elektronu i przemieszczenie go do obszaru p, a dziur do obszaru n. Zjawisko to fotoelektryczne generuje prąd stały o natężeniu zależnej od powierzchni i oświetlenia i napięciu zależnym od materiału, z jakiego zbudowane jest ogniwo. Sprawność ogólnie dostępnych ogniw fotowoltaicznych opartych na technologii krzemowej dochodzi do 15%.

Ogniwa fotowoltaiczne typu 3D

W roku 2007 roku opracowano nową technologię wytwarzania ogniw woltanicznych typu 3D (Electro-Optical Systems Laboratory Tech Research Institute –Georgia). Ogniwa te swoją budową przypominają miasto z wieżami, gdzie wieże odpowiedzialne są wyłapywanie fotonów, które następnie są odprowadzane do podstawy, gdzie powstaje prąd. Struktury przestrzenne odpowiedzialne za wyłapanie fotonów są zbudowane z tablic zawierających nanorurki węglowe. Ich wymiar to 100mikronów wysokości, 40x40 podstawa i system konwertujący energię słoneczną na elektryczną 10mikronów. Zbudowanie takiego układu ogniwa woltanicznego daje możliwość nie tylko wyłapania światła, jeżeli pada prostopadle na płytkę, ale i także, jeżeli światło pada pod innymi kontami. Można to w prosty sposób wyobrazić: tradycyjne ogniwo przeważnie wyłapuje fotony, które padną prostopadle – to tak jakby słonce padało nam prosto nad głowę, ogniwa 3D łapią wszystkie fotony, - to tak jak wszystkie światło docierające zewnątrz było zamieniane na energię elektryczną. Takie podejście umożliwia lepsze wykorzystanie światła, większą moc baterii, oraz lepsze zastosowanie np.: w statkach kosmicznych nie będzie już potrzebne specjalnych urządzeń do ciągłego ustawiania paneli słonecznych tak, aby światło padające było zawsze prostopadłe do powierzchni paneli słonecznych.

Większa wydajność ogniw słonecznych może przyczynić się do projektowania nowych rozwiązań technologicznych, samochodów, statków.