Historie fotovoltaiky

Fotovoltaický jev byl objeven již roku 1839 Francouzem Antoine César Becquerelem (1788-1878). Na práci svého otce pak navázali synové Alexandre Edmond a Henri, přičemž Henri Becquerel objevil roku 1896 při zkoumání fluorescence solí uranu jev radioaktivity. Za otcem a syny Becquerelovými však stojí mnohem více objevů fyzikálních jevů a zákonů z oblasti elektrochemie, diamagnetismu a paramagnetismu. Henri Becquerel získal za objev radioaktivity v roce 1903 Nobelovu cenu za fyziku.

První fotovoltaické články

První funční solární článek sestrojil v roce 1884 americký vynálezce Charles Fritts, tedy celých 45 let po Becquerelově objevu fotovoltaického jevu. Frittsův článek byl vyroben ze seleniového polovodiče, který byl potažen velmi tenkou vrstvou zlata a měl účinnost přibližně 1%. Tyto seleniové články neměly vzhledem k nízké účinnosti a vysoké ceně žádnou šanci na uplatnění při výrobě elektřiny, nicméně se začaly využívat jako světelný senzor pro určování času expozice snímku ve fotoaparátech. Frittsův vynález se takto používal až do roku 1960.

Vynálezcem solárního článku takového, jak ho známe dnes je Russell Ohl (1898-1987). Tento americký inženýr pracoval ve 30. letech 20. století na výzkumu materiálů pro telekomunikační firmu AT&T Bell Labs. V roce 1939 objevil tzv. "P-N přechod", což je oblast na rozhraní polovodiče typu P a polovodiče typu N. Přechod P-N se chová jako hradlo, tzn. propouští elektrický proud pouze jedním směrem. P-N přechodů se využívá v polovodičových součástkách jako jsou diody nebo tranzistory. Právě při vývoji materiálů pro výrobu tranzistoru vznikl jako vedlejší produkt solární článek, v té době nazvaný jako "světlocitlivé zařízení" s konverzní účinností okolo 5%. Vynález si Russell Ohl nechal patentovat v roce 1946, původní patent včetně výrobního postupu je k nalezení zde. Na Ohlových objevech jsou založeny například dnešní LED diody a dále také významně přispěl k vývoji tranzistorů.

Křemíkové solární články byly pak v 50. letech 20. století vylepšny v Bell Laboratories, kde se náhodou přišlo na skutečnost, že křemíkový polovodič s některými příměsemi výrazně reaguje na světlo. Prvním využitím solárních modulů pro účely dobývání vesmíru bylo na družici Vanguard 1, která byla vypuštěná v březnu 1958. Pro výrobu elektřiny v pozemských podmínkách začaly být solární články používány přibližně od druhé poloviny 80. let 20. století. Problémem této tzv. první generace solárních křemíkových článků je však nízká účinnost (teoreticky max. 31%) a vysoké výrobní náklady. Proto se dnešní úsilí vědců soustředilo na další (2. a 3.) generace článků, které by měly do budoucna oba tyto problémy vyřešit.

Albert Einstein - Nobelova cena za fotoelektrický jev

Jedna z čtyř věhlasných Einsteinových prací z roku 1905 byla pojmenovaná "O heuristickém hledisku dotýkajícím se vzniku a přeměny světla". Zde Einstein popsal myšlenku světelných kvant (fotonů) a ukázal, jak mohou být použity k vysvětlení takových jevů jako je fotoelektrický efekt. Myšlenka světelného kvanta přišla z předchozího odvození záření absolutně černého tělesa Maxem Planckem, který předpokládal, že energie záření může být pohlcena nebo vyzářena jen po celých částech, nazývaných kvanta.

Představa světla jako kvant byla v přímém rozporu s vlnovou teorií světla, která přirozeně vyplývala z Maxwellových rovnic pro elektromagnetismus a s představou o nekonečné dělitelnosti energie ve fyzikálních systémech obecně. I když experimenty ukázaly, že Einsteinovy rovnice pro fotoelektrický jev byly přesné, jeho vysvětlení nejprve nebylo běžně uznáváno. Za vysvětlení fotoelektrického jevu získal Einstein roku 1921 Nobelovu cenu. Po tomto roce si většina fyziků už myslela, že jeho rovnice je správná a světelná kvanta existují.

Teorie světelného kvanta byla předzvěstí vlnově-částicové duality, představy, že fyzikální systémy mohou vykazovat jak vlnové, tak částicové vlastnosti. Tato dualita byla použita jako základní princip tvůrci kvantové mechaniky. Fotoelektrický jev mohl být úplně vysvětlený až po dozrání kvantové mechaniky.

ZDROJ: http://www.solarenvi.cz