T. Ekelund, C. Carlsen, E. Fykse, B. Bøe

fykse.dnsalias.com

T. Ekelund, C. Carlsen, E. Fykse, B. Bøe

pel sollyset. Slike energikilder er et

viktig satsningsområde med tanke

på en bærekraftig utvikling. I dag er

de viktigste energikildene kull, olje

og gass, men for å redusere forurensende

utslipp og best mulig bevare

miljøet, må fornybar energi gradvis

erstatte disse. I denne sammenhengen

kan solenergi være en mulighet,

men mye gjenstår før dette eventuelt

kan bli et reelt alternativ. I denne

rapporten er det energi direkte

fra sollys som vil settes i fokus,

med hovedvekt på solcelleteknologi.

Innledningsvis vil den fotoelektriske

effekten, som er selve basisprosessen

i en solcelle, bli forklart.

Videre følger en beskrivelse av hva

en solcelle er og hvordan solceller

fungerer, en forutsetning for forståelse

av det praktiske forsøket gruppen

utførte. I tillegg inngår bl.a. en

kort oversikt over solcellens historie,

samt noen anvendelsesområder

for solenergi.

Solcelleteknologi

Hva er fotoelektrisk effekt?

Den fotoelektriske effekten går i

hovedtrekk ut på at elektroner rives

løs fra et materiale dersom det eksponeres

for lys og energien i strålingen

absorberes. Denne effekten

Utstrålingstetthet per bølgelendeintervall (W//(m²·nm))

6

ble først oppdaget av Alexandre

Edmond Becquerel i 1839, da han

under et forsøk observerte at noen

materialer kunne gi små mengder

elektrisk strøm ved belysning. Mot

slutten av 1880-årene oppdaget tyskerne

Heinrich Hertz og Wilhelm

Hallwachs at metaller kan sende ut

elektroner dersom overflaten eksponeres

for lys. Disse to er i senere tid

blitt stående som mennene bak oppdagelsen,

til tross for tidligere studier

av fenomenet. Den første solcellen

ble for øvrig konstruert med

Becquerels betraktninger som

grunnlag. Hertz og Hallwachs oppdaget

at metallet måtte være negativt

ladet for å oppnå den fotoelektriske

effekten, slik at det skjer en

utladning av materialet når det blir

belyst. Ved forsøk viste det seg at

utsendingen av elektroner var avhengig

av lysets frekvens. Frekvensen

måtte være over en viss grense,

en såkalt terskelfrekvens, før elektroner

kunne frigjøres fra materialet.

Dette kunne de imidlertid ikke forklare.

I 1905 fremsatte Albert Einstein

en hypotese som kunne forklare

effekten ved å betrakte lys som

energikvanter, fotoner. Han bygde

videre på Max Plancks tanker om at

lyset er kvantisert. Einstein mente

at ett enkelt foton overfører all sin

Bølgelengdeintervaller (nm)

Figur 1.2 Solas Planck-kurve. Fordi silisium har et løsrivingsarbeid på 1,12 eV, er

det kun effekten representert av det fargede arealet på figuren som kan konverteres

til elektrisitet i en solcelle av silisium. (EF)

energi til ett elektron. Flere fotoner

kunne ikke sammen løsrive elektronet,

selv om deres energi totalt sett

var tilstrekkelig. Dersom fotonets

energi var for lav, ville ikke noe

energi overføres til elektronet, men

fotonet ville passere rett gjennom

metallet. Plancks formel E = hf, der

E er energien, h er Plancks konstant

og f er frekvens, viser sammenhengen

mellom fotonenes energi og

lysets frekvens. Med bakgrunn i

dette formulerte Einstein en sammenheng

mellom fotonets energi,

energien det krevde å løsrive et

elektron og den kinetiske energien

elektronet fikk. Fotonets energi går

med til løsrivningsarbeidet W, og

eventuell overskuddsenergi fotonet

har gir elektronet kinetisk energi,

Ek. Sammenhengen Einstein kom

frem til, ble derfor hf = W + Ek.

Løsrivningsarbeidet er en verdi karakteristisk

for hvert enkelt metall,

og er den minste energien et foton

kan ha for å rive løs et elektron. Ti

år senere gjorde fysikeren Robert

A. Millikan forsøk som bekreftet

Einsteins hypotese. Senere førte

den fotoelektriske effekten til større

forståelse av lysets natur som en

kombinasjon av bølger og partikler.

Den fotoelektriske effekten er en

avgjørende faktor for at en solcelle

skal kunne fungere. Ved å utnytte

en variant av denne effekten kan

stråling fra Solen konverteres til

elektrisk energi. Prosessen går stort

sett ut på det samme som beskrevet

tidligere, men en viktig forskjell er

at man i solceller benytter et halvledermateriale

istedenfor et metall.

Halvledere er stoffer med ledningsevne

mellom metalliske ledere og

isolatorer. Dersom en halvleder belyses,

vil ikke elektronene unnslippe

materialet fullstendig. Det kan

derimot genereres elektron-hull-par,

dvs. ladningsbærere som kan bevege

seg og skape en elektrisk strøm.

Dette er gunstig i forhold til solcelleproduksjon.

Halvledere og frigjøring

av elektroner ved belysning vil

omtales nærmere under avsnittet

om solcellers funksjon.

More magazines by this user
Similar magazines