Fotovoltaický efekt: princip, význam a využití
Fotovoltaický efekt je fyzikální jev, při kterém dochází k přeměně energie světla (typicky slunečního záření) přímo na elektrickou energii. Tento jev objevil v roce 1839 francouzský fyzik Alexandre Edmond Becquerel při experimentech s elektrolytickými články. Podstatou fotovoltaického efektu je generování elektrického napětí v materiálech, především polovodičových, vystavených elektromagnetickému záření s dostatečnou energií. Nejčastěji využívaným materiálem je dnes křemík, který díky svým elektronovým vlastnostem umožňuje efektivní uvolnění elektronů a vznik volných nosičů náboje při dopadu fotonů.
Původním fyzikálním základem fotovoltaického efektu je interakce fotonů se strukturou polovodiče. Když na polovodič (například monokrystalický nebo polykrystalický křemík) dopadne foton s energií vyšší nebo rovnou šířce zakázaného pásu daného materiálu, předá svou energii elektronu – ten je následně vyražen z valenčního pásu do vodivostního pásu a vznikne tzv. elektron-děrový pár. V typickém fotovoltaickém článku, kde je vytvořena p-n přechodová struktura, zabudované elektrické pole tyto nosiče oddělí: elektrony jsou taženy na jednu stranu, díry (opačně nabité částice) na druhou. Takto vznikne potenciálový rozdíl, který umožňuje vznik elektrického proudu připojením vnějšího elektrického obvodu.
Význam fotovoltaického efektu je zásadní zejména v kontextu obnovitelných zdrojů energie. Fotovoltaické články (solární články) se staly klíčovou technologií pro přímou konverzi sluneční energie na elektřinu – tedy bez nutnosti pohyblivých částí, hluku i emisí skleníkových plynů. Rozvoj materiálové vědy přináší neustálé inovace v oblasti účinnosti a dostupnosti těchto zařízení, kdy kromě tradičního křemíku nabývají na významu i jiné materiály, například tenkovrstvé články na bázi telluridu kadmia či nedávno objevené perovskity. Fotovoltaický efekt se tak stal nejen základem moderní solární energetiky, ale i důležitou součástí přenosných zařízení, vesmírných aplikací a decentralizovaných energetických systémů.
PhDr. Pavel Bartoš, LL.M., DBA (Evropská akademie vzdělávání / European Academy of education)