Què és la fotovotaica?

El diagrama anterior il·lustra el funcionament d'una cèl·lula fotovoltaica bàsica, també anomenada cèl·lula solar. Les cèl·lules solars estan fetes del mateix tipus de materials semiconductors, com el silici, utilitzats a la indústria de la microelectrònica. Per a les cèl·lules solars, una hòstia fina de semiconductors està especialment tractada per formar un camp elèctric, positiu d'un costat i negatiu de l'altre. Quan l'energia de la llum incideix sobre la cèl·lula solar, els electrons es desprenen dels àtoms del material semiconductor. Si els conductors elèctrics estan connectats als costats positiu i negatiu, formant un circuit elèctric, els electrons es poden capturar en forma de corrent elèctric, és a dir, electricitat. Aquesta electricitat es pot utilitzar per alimentar una càrrega, com una llum o una eina.

Una sèrie de cèl·lules solars connectades elèctricament entre si i muntades en una estructura de suport o marc s'anomena mòdul fotovoltaic. Els mòduls estan dissenyats per subministrar electricitat a una determinada tensió, com ara un sistema comú de 12 volts. El corrent produït depèn directament de la quantitat de llum que arriba al mòdul.

Els dispositius fotovoltaics més comuns actuals utilitzen una única unió, o interfície, per crear un camp elèctric dins d'un semiconductor com una cèl·lula fotovoltaica. En una cèl·lula fotovoltaica d'unió única, només els fotons l'energia dels quals és igual o superior a la banda buida del material de la cèl·lula poden alliberar un electró per a un circuit elèctric. En altres paraules, la resposta fotovoltaica de les cèl·lules d'unió única es limita a la part de l'espectre del sol l'energia de la qual està per sobre de la banda buida del material absorbent i no s'utilitzen fotons de menor energia.

Una manera d'evitar aquesta limitació és utilitzar dues (o més) cel·les diferents, amb més d'una banda buida i més d'una unió, per generar una tensió. Aquestes s'anomenen cèl·lules "multiunions" (també anomenades cèl·lules "en cascada" o "tàndem"). Els dispositius multiunió poden aconseguir una major eficiència de conversió total perquè poden convertir més de l'espectre d'energia de la llum en electricitat.

Com es mostra a continuació, un dispositiu multiunió és una pila de cèl·lules individuals d'unió única en ordre decreixent de banda buit (p. ex.). La cèl·lula superior captura els fotons d'alta energia i passa la resta de fotons perquè siguin absorbits per les cèl·lules de banda bretxa inferior.