Fotovoltaický článek: princip, konstrukce a význam
Fotovoltaický článek, často označovaný také jako solární článek, je zařízení, které přímo převádí energii slunečního záření na elektrickou energii – tento proces se nazývá fotovoltaický jev. Základ fotovoltaického článku tvoří polovodičový materiál, nejčastěji křemík, jehož vlastnosti umožňují excitaci elektronů působením dopadajících fotonů světla. Když sluneční světlo dopadne na povrch článku, fotony s dostatečnou energií vyrazí elektrony z atomových vazeb v polovodičové vrstvě. Tyto volné elektrony jsou pak směrovány elektrickým polem uvnitř článku, což generuje elektrický proud, který může být využit ve vnějším elektrickém obvodu.
Konstrukce nejběžnějších fotovoltaických článků je založena na tzv. P-N přechodu, kde dvě vrstvy polovodiče obsahují odlišné typy příměsí (dopantů). Vrstva typu N (například s příměsí fosforu) má nadbytek volných elektronů, zatímco vrstva typu P (například s příměsí boru) má naopak deficit elektronů, tzv. „díry“. Na rozhraní těchto vrstev se vytváří elektrické pole, které napomáhá separaci a směrování elektronů a děr po absorpci světelné energie. Charakteristickými parametry fotovoltaického článku jsou jeho účinnost (podíl přeměněné sluneční energie na elektrickou), napětí naprázdno a zkratový proud, přičemž u komerčně vyráběných křemíkových článků se účinnost běžně pohybuje mezi 15–22 %.
Význam fotovoltaických článků v současném světě stále roste, a to především v souvislosti s potřebou snižování emisí skleníkových plynů a přechodem k obnovitelným zdrojům energie. Fotovoltaické články se využívají nejen v solárních elektrárnách, ale i v domácích instalacích, dopravě (například v satelitech, automobilech či lodích), a dalších specializovaných aplikacích jako jsou napájení chytrých zařízení či nouzových systémů. Výzkum a vývoj v této oblasti se zaměřuje především na zvyšování účinnosti, snižování výrobních nákladů, prodlužování životnosti článků a hledání nových materiálů (například tenkovrstvé, organické či perovskitové články), které by ještě více rozšířily možnosti využití této ekologické technologie.
PhDr. Pavel Bartoš, LL.M., DBA (Evropská akademie vzdělávání / European Academy of education)