Saules paneļi, kas pazīstami arī kā "saules mikroshēmas" vai "fotoelementi" un "saules baterijas", ir fotoelektrisku pusvadītāju loksnes, kas izmanto saules gaismu, lai tieši ražotu elektroenerģiju. Ierīce, kas tieši pārvērš saules gaismas enerģiju elektroenerģijā, izmantojot fotoelektrisko efektu vai fotoķīmisko efektu. Fizikā to sauc par fotoelementu (Photovoltaic, saīsināti kā PV) vai saīsināti fotoelementu. Atsevišķas saules baterijas nevar izmantot tieši kā enerģijas avotus. Lai izmantotu kā barošanas avotu, vairākas atsevišķas saules baterijas ir jāsavieno virknē un paralēli un cieši jānoslēdz komponentos. Tās darbības princips ir vienkārši tāds, ka saules paneļi dienas laikā absorbē saules gaismas enerģiju un pārvērš to elektriskajā enerģijā un uzglabā to akumulatorā, un akumulators nodrošina saules enerģijas ielu apgaismojumu naktī. Tātad, kāpēc saules paneļi ražo elektroenerģiju saulainā laikā?
Saules paneļos parasti tiek izmantotas ierīces, kas reaģē uz gaismu un var pārvērst saules gaismas enerģiju elektroenerģijā. Visizplatītākais materiāls ir silīcijs, kas ir viens no visbiežāk sastopamajiem materiāliem uz zemes. Tam ir pusvadītāju īpašības, kas liek pamatu saules paneļu fotoelektriskās pārveidošanas procesam.
Bet vispirms ir jāsaprot, ka tīra silīcija vadītspēja ir ļoti slikta, un kristāla struktūrā nav elektronu, kas varētu brīvi pārvietoties. Lai uzlabotu tā vadītspēju, tīrs silīcijs parasti tiek leģēts ar nelieliem piemaisījumiem, lai uzlabotu tā vadītspēju. Saskaņā ar šo raksturlielumu var izgatavot dažādas vadošas ierīces.
Silīcijam, ko izmanto saules paneļu izgatavošanai no saules enerģijas ielu apgaismojuma, parasti pievieno fosforu vai boru. Pievienojot boru, silīcija kristāls veidos caurumu. Tā kā oriģinālo silīcija atomu ieskauj 4 elektroni, bet bora atomu ieskauj tikai 3 elektroni, caurumi tiks ģenerēti arī tad, kad tas tiks leģēts sākotnējā kristāla struktūrā. Bez elektroniem šis caurums ir ļoti nestabils un viegli absorbē citus elektronus, veidojot P tipa pusvadītāju.
Kad fosfora piemaisījumi tiek leģēti silīcija kristālos, jo ap fosfora atomiem ir 5 elektroni, papildu elektrons būs ļoti aktīvs, veidojot N tipa pusvadītāju. P tipa pusvadītājos ir daudz caurumu, un N tipa pusvadītājos ir daudz aktīvo brīvo elektronu. Kad divi kontakti, šie brīvie elektroni atradīs caurumus un aizpildīs tos. Saskares virsma starp abiem veidos potenciālu atšķirību, tas ir, PN krustojumu. P veida puse ir pozitīvi un negatīvi uzlādēta, un N veida puse ir pozitīvi.
Kad tiek uztverta gaisma, gaismā esošā enerģija tiks pārnesta uz pusvadītāju. Šī enerģija atbrīvos elektronu struktūru un brīvi pārvietosies. Tas ir tāpēc, ka saules gaismas enerģija sadalīs elektronus un caurumus. Normālos apstākļos fotons ar noteiktu enerģiju atbrīvos elektronu, kas vienkārši veido brīvu caurumu. Ja tas notiek tieši kontaktvirsmas tuvumā un ja to piesaista iebūvētais elektriskais lauks, elektroni ieplūdīs n zonā un caurumi ieplūdīs P zonā, veidojot strāvu no N tipa zonas uz P- tipa zona. Tiek veidota akumulatora spēkstacija. Elektrību veido spriegums, ko izmanto uzlādei.
Tomēr jāņem vērā, ka pusvadītāji nav labi elektrības vadītāji, un elektroni plūst caur PN pāreju un pēc tam plūst pusvadītājā, kas radīs lielus zudumus. Tāpēc augšējais slānis parasti ir pārklāts ar metālu. Tomēr, ja tas ir pilnībā nokrāsots, saules gaisma neizdosies. Normālos apstākļos PN krustojuma nosegšanai izmanto metāla režģi. Vēl viena lieta, kas jāņem vērā, ir tas, ka silīcija virsma ir ļoti atstarojoša. Ja tas netiek apstrādāts, tiks atstarots liels daudzums saules gaismas. Lai atrisinātu šo problēmu, saules enerģijas ielu apgaismojuma ražotājs parasti uz saules paneļa pievieno aizsargplēves slāni ar zemu atstarošanas koeficientu. Atspulgu radītie zaudējumi tiks kontrolēti 5 procentu robežās.
