מה זה פוטו-וטאיקה?

התרשים לעיל ממחיש את פעולתו של תא פוטו-וולטאי בסיסי, הנקרא גם תא סולארי. תאים סולאריים עשויים מאותם סוגים של חומרים מוליכים למחצה, כגון סיליקון, המשמשים בתעשיית המיקרו-אלקטרוניקה. עבור תאים סולאריים, רקיקת מוליכים למחצה דקה מטופלת במיוחד ליצירת שדה חשמלי, חיובי בצד אחד ושלילי בצד השני. כאשר אנרגיית האור פוגעת בתא השמש, אלקטרונים מתרופפים מהאטומים בחומר המוליך למחצה. אם מוליכים חשמליים מחוברים לצדדים החיוביים והשליליים, ויוצרים מעגל חשמלי, ניתן ללכוד את האלקטרונים בצורה של זרם חשמלי - כלומר חשמל. לאחר מכן ניתן להשתמש בחשמל זה להפעלת עומס, כגון אור או כלי עבודה.

מספר תאים סולאריים המחוברים זה לזה חשמלית ומורכבים במבנה תומך או מסגרת נקראים מודול פוטו-וולטאי. מודולים מתוכננים לספק חשמל במתח מסוים, כגון מערכת 12 וולט נפוצה. הזרם המופק תלוי ישירות בכמות האור שפוגע במודול.

מכשירי ה-PV הנפוצים ביותר כיום משתמשים בצומת בודד, או ממשק, כדי ליצור שדה חשמלי בתוך מוליך למחצה כגון תא PV. בתא PV עם צומת יחיד, רק פוטונים שהאנרגיה שלהם שווה או גדולה מפער הפס של חומר התא יכולים לשחרר אלקטרון למעגל חשמלי. במילים אחרות, התגובה הפוטו-וולטאית של תאים בצומת יחיד מוגבלת לחלק של ספקטרום השמש שהאנרגיה שלו היא מעל מרווח הפס של החומר הסופג, ולא נעשה שימוש בפוטונים בעלי אנרגיה נמוכה יותר.

דרך אחת לעקוף את המגבלה הזו היא להשתמש בשני (או יותר) תאים שונים, עם יותר מפער פס אחד ויותר מצומת אחד, כדי ליצור מתח. אלה מכונים תאים "ריבוי צמתים" (נקראים גם תאים "מפל" או "טנדם"). התקני Multijunction יכולים להשיג יעילות המרה כוללת גבוהה יותר מכיוון שהם יכולים להמיר יותר מספקטרום האנרגיה של האור לחשמל.

כפי שמוצג להלן, התקן רב-צומת הוא ערימה של תאים בודדים בצומת בודד בסדר יורד של פער הרצועה (למשל). התא העליון לוכד את הפוטונים בעלי האנרגיה הגבוהה ומעביר את שאר הפוטונים כדי להיקלט על ידי תאי מרווח פס נמוך יותר.