Fotovoltaika
Světlo vnímáme jako naprostou samozřejmost a nad jeho fyzikální podstatou často ani nepřemýšlíme. Vážnější úvahy o podstatě světla spadají až do 17 století.
Dnes víme, že světlo tvoří příčné elektromagnetické vlny v poměrně úzké oblasti vlnových délek, a projevují se současně jako tok fotonů.
James Clerk Maxwell ve svých čtyřech rovnicích shrnul vše, co bylo do té doby známo z elektřiny a magnetismu a vytvořil tak jednotnou teorii elektromagnetického pole.
Elektromagnetické vlny tak přestaly být pouhou hypotézou a staly se součástí ucelené fyzikální teorie elektromagnetického pole. Elektromagnetické vlny (neboli elektromagnetické záření) však mohou mít vlnové délky ve velmi širokém rozmezí od řádu10-13m i kratších až po stovky či tisíce metrů nebo i delší. Z toho viditelné záření neboli světlo tvoří jen úzká oblast vlnových délek λ ∈ <380nm;760nm> a každá vlnová délka odpovídá určité barvě.
Obr. 1: Světelné spektrum
Se vzrůstající vlnovou délkou v tomto intervalu přecházejí barvy postupně od fialové přes modrou, zelenou a žlutou až k červené. Sluneční světlo vnímáme jako bílé, protože je složeno ze spojitého spektra všech barev.
Přestože téměř všechna hmota vesmíru je ve stavu plazmatu, v pozemských podmínkách se s plazmatem setkáváme jen zřídka, například u blesku či výbojových zdrojů záření. V plazmatickém stavu se nachází veškerá hmota hvězd, tedy i Slunce i většina mezihvězdné hmoty, a zbytek hmoty vesmíru tvoří již jen drobné „smetí“. Protože se ve vysokoteplotním plazmatu pohybují elektricky nabité částice velkou rychlostí, vzájemně na sebe působí a rychle mění svůj směr i rychlost pohybu, vyzařuje plazma elektromagnetické vlny, tedy i světlo. Stav plazmatu se svými vlastnostmi výrazně odlišuje od stavu pevné látky, kapaliny a plynu, a proto se hovoří o čtvrtém skupenství hmoty.
Slunce je středem sluneční soustavy. Je naší nejbližší hvězdou. Tato obrovská koule žhavého plazmatu je od Země vzdálena cca 150 milionů kilometrů. Je to ve své podstatě obrovská elektrárna pohánějící veškeré podstatné jevy ve sluneční soustavě. Obsahuje 99,8 hmoty celé sluneční soustavy.
Slunce vzniklo před 4,6 miliardami let. Od té doby neustále vyzařuje energii. Samotná termojaderná reakce probíhá v jádru Slunce, které obsahuje 99% hmoty celého Slunce. Každou vteřinu se v jádru Slunce přemění 560 milionů tun vodíku na 556 milionů tun hélia. Rozdíl v tomto objemu představuje záření, které Slunce vyzáří do vesmírného prostoru.
Obr. 2: Slunce, střed sluneční soustavy
Vše začalo v roce 1839 náhodným objevem francouzského fyzika Alexandra Edmonda Becquerela. Při svých experimentech s kovovými elektrodami ponořenými v elektrolytu zjistil, že při jejich osvětlení začne procházet malý elektrický proud.
V počátcích byl rozvoj brzděn také tím, že nebylo jasné, jaký je mechanismus vzniku elektrického proudu ve fotovoltaických článcích a jaké jsou možnosti a omezení při přeměně energie slunečního záření na energii elektrickou. Významným krokem na cestě k moderním fotovoltaickým článkům byla příprava monokrystalů křemíku, kterou vyvinul Jan Czochralski. Křemíkový fotovoltaický článek si nechal v roce 1946 v USA patentovat Russell S. Ohl.
Současná podoba solárních článků se zrodila v roce 1954 v Bellových laboratořích. Fotovoltaické články z křemíku dopovaného jiným prvkem ( tedy články s P-N přechodem) dosahovaly účinnost kolem 6 %. Tato účinnost již byla rozumně velká pro praktické využití, cena byla ale příliš vysoká. Významným impulsem pro rozvoj tohoto odvětví bylo proto využití fotovoltaických článků jako zdroje energie na umělých družicích, protože zde byly fotovoltaické články v podstatě jedinou praktickou cestou. Na Zemi se solární fotovoltaické články uplatnily až v sedmdesátých letech, kdy jejich cena klesla. I tak bylo jejich použití omezeno na napájení navigačních světel nebo různých zabezpečovacích zařízení v místech bez elektrické sítě.
Větší využití solárních fotovoltaických článků nastalo až po první ropné krizi v sedmdesátých letech, kdy se hledaly cesty, jak se zbavit závislosti na ropě, a vlády světových velmocí dávaly hodně peněz do zkoumání nových technologií pro výrobu energie. Svou roli tu bezpochybně sehrálo masivní rozšíření křemíkových polovodičových součástek a tedy také levnější masová výroba čistého křemíku.