Fotovoltaický jev – princip, využití a význam
Fotovoltaický jev je fyzikální jev, při kterém dochází na rozhraní dvou různých materiálů, typicky polovodičů, k přeměně energie dopadajícího elektromagnetického záření, nejčastěji slunečního světla, na elektrickou energii. Základ tohoto jevu tkví v tom, že fotony (částice světla) s dostatečně vysokou energií při dopadu na povrch polovodiče vyrazí z jeho struktury elektrony. Tyto uvolněné elektrony pak mohou být zachyceny vnějšími obvody, čímž vzniká elektrický proud – tento jev byl poprvé popsán fyzikem Alexandrem Edmondem Becquerelem již v roce 1839, avšak bližší princip vysvětlil až v roce 1905 Albert Einstein ve své práci oceněné Nobelovou cenou.
Ve většině praktických aplikací, například ve fotovoltaických článcích (solárních panelech), se využívají speciálně upravené polovodičové materiály s tzv. p-n přechodem. Původní polovodič (například křemík) je v oblasti „p“ dotován jiným prvkem, čímž vzniká přebytek děr (kladných nosičů), zatímco v oblasti „n“ je naopak přebytek elektronů. Při osvětlení částicemi světla s energií vyšší, než je šířka zakázaného pásu daného materiálu, vznikají v polovodiči páry elektron-díra, a v elektrickém poli v blízkosti p-n přechodu dochází k jejich separaci. Díky tomu vzniká mezi elektrodami článku napětí a při zapojení do elektrického obvodu také proud, který je možno využít například k napájení elektrických zařízení nebo ukládání do akumulátorů.
Fotovoltaický jev je základem celé oblasti solární energetiky a jeho praktické využití má zásadní význam pro přechod k obnovitelným zdrojům energie. Technologie fotovoltaických panelů je nejen šetrná k životnímu prostředí (neprodukuje emise skleníkových plynů ani nehlučí), ale umožňuje také decentralizovanou výrobu elektrické energie například v místech, kde není dostupná centrální elektrická síť. Výzkum v oblasti fotovoltaiky se soustředí na zvyšování účinnosti přeměny sluneční energie na elektřinu, snižování výrobních nákladů panelů a vývoj nových materiálů, jako jsou tenkovrstvé polovodiče či organické fotovoltaické články. Fotovoltaický jev je příkladem toho, jak může hlubší pochopení základních fyzikálních procesů vést k technologickému pokroku se zásadními dopady na moderní společnost.
PhDr. Pavel Bartoš, LL.M., DBA (Evropská akademie vzdělávání / European Academy of education)