Ljus består av partiklar av energi som kallas fotoner. En fotons energi mäts i elektronvolt eller eV. En eV motsvarar den energi som erhålls av en elektron när den accelererar genom en potential för en volt-potential. Elektronerna i en solcells atomer behöver en viss mängd energi från fotoner för att drivas in i ett solsystems strömkrets.
Förhållandet mellan energi och våglängd
Relationen mellan en fotons energi och ljusets våglängd är invers; När ljusets våglängd ökar minskar energin. I det synliga ljusspektret varierar fotons energi från ungefär 1,65 eV till 3,1 eV. De motsvarande våglängderna för dessa energier är 750 respektive 400 nanometer. Dessa våglängder motsvarar de röda och violetta ändarna av spektrumet av synligt ljus.
Energi som krävs för solceller
En typisk silikoncell kräver 1,1 eV för att elektronerna skall kunna strömma ut ur cell och genom kretsarna i solpanelsystemet. Denna 1,1 eV energi motsvarar fotoner i spektrumets infraröda område med en våglängd av cirka 1 127 nanometer. Vid energier lägre än 1,1 eV har foton inte tillräckligt med energi för att lossna elektroner. Vid kortare våglängder och högre energier kommer kiselelektronerna att bli energiska och strömmen kommer att strömma. Kortare våglängder och högre fotonergier motsvarar emellertid inte en ökning av elektrisk ström. När en foton med högre energi påverkar en solcell, släpps energi över 1,1 eV som värme.
Panel Effektivitet
Mycket energi från solen används inte för att skapa elektricitet i solenergi paneler. Faktum är att en typisk kisel solpanel bara konverterar cirka 15 till 18 procent av den inkommande solenergin till el. Detta beror delvis på den mycket specifika energi som krävs för att avlägsna elektroner i cellens kiselatomer. Vilken energi som helst över eller under den 1.1 eV-fotonenergin omvandlas inte till el av solpaneler.
Olika solcellsmaterial
Medan många solceller från konsumentkvalitet är gjorda av kisel kan celler tillverkas också av olika halvledarmaterial. Dessa material har olika atomegenskaper, vilket motsvarar olika energikrav från fotoner. Till exempel kräver en galliumarsenid-solcell ungefär 1,4 eV energi från en foton. Detta motsvarar en våglängd av cirka 886 nanometer. Silikon är fortfarande det vanligaste materialet på grund av både produktionskostnaderna och det faktum att även en 15 procent effektivitet är tillräcklig för de flesta dagliga solenergiapplikationer.
