سنسور نور چیست؟ – از صفر تا صد

در آموزش‌های قبلی مجله فرادرس با سنسور دما و سنسور فشار و سنسور فاصله آشنا شدیم. در این آموزش، مطالبی را درباره سنسور نور بیان خواهیم کرد. یک سنسور نور (Light Sensor) سیگنالی تولید می‌کند که نشان دهنده شدت نور است. این سیگنال، اندازه‌گیری انرژی تابشی موجود در محدوده بسیار نازکی از فرکانس‌ها را مشخص می‌کند که اساساً نور (Light) نامیده می‌شود. محدوده این فرکانس‌ها از طیف فروسرخ تا نور مرئی و فرابنفش است. سنسور نور یک قطعه پسیو است که انرژی نوری را، چه قابل رؤیت باشد و چه در بخش‌های فروسرخ طیف قرار گیرد، به یک سیگنال الکتریکی در خروجی تبدیل می‌کند.

انواع سنسور نور

سنسورهای نور با نام «قطعات فتوالکتریک» (Photoelectric Devices) یا «فتوسنسور» (Photo Sensors) نیز شناخته می‌شوند، زیرا انرژی نوری (فوتون) را به الکتریسیته (الکترون) تبدیل می‌کنند.

قطعات فتوالکتریک را می‌توان در دو دسته اصلی قرار داد: دسته‌ای که وقتی به آن‌ها نور بتابد برق تولید می‌کنند، مانند فتوولتائیک (Photo-voltaics) یا فتوامیسیو (Photo-emissive) و دسته دوم آن‌هایی که با تابش نور مشخصات الکتریکی‌شان تغییر می‌کند، مانند فتورزیستورها یا مقاومت‌های نوری (Photo-resistors) یا فتوکنداکتورها یا رساناهای نوری (Photo-conductors). این دسته‌بندی‌ها را می‌توان به صورت زیر نوشت:

• سلول‌های فتوامیسیو: این قطعات نوری الکترون‌های آزاد یک ماده حساس به نور مانند سزیم را وقتی که فوتون با انرژی کافی به آن برخورد می‌کند رها می‌کنند. میزان انرژی فوتون‌ها به فرکانس نور بستگی دارد و هرچه فرکانس بیشتر باشد، انرژی بیشتر است.
• سلول‌های فتوکنداکتور: مقاومت الکتریکی این قطعات نوری با در معرض نور قرار گرفتن تغییر می‌کند. رسانایی نوری در نتیجه برخورد نور با یک ماده نیمه‌هادی ایجاد می‌شود که جریان گذرنده از آن را کنترل می‌کند. برای یک ولتاژ مشخص، هرچه مقدار نور افزایش پیدا کند، جریان نیز بیشتر می‌شود. رایج‌ترین ماده فتوکنداکتیو کادمیوم سولفید (Cadmium Sulphide) است که در فتوسل‌های LDR مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• سلول‌های فتوولتائیک: این قطعات نوری ولتاژی را متناسب با نوری که به آن‌ها می‌تابد تولید می‌کنند. انرژی نوری به دو ماده نیمه‌هادی فشرده شده به هم می‌تابد و ولتاژی تقریباً برابر با 0٫5 ولت تولید می‌کند. متداول‌ترین ماده فتوولتائیک سلنیوم (Selenium) است که در سلول‌های فتوولتائیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• قطعات فتوجانکشن: این قطعات نوری، قطعات نیمه‌هادی کاملی از قبیل دیودها و ترانزیستورهای نوری هستند که از نور برای کنترل شارش الکترون‌ها و حفره‌ها پیوند PN بهره می‌برند. فتوجانکشن‌ها یا قطعات پیوندی نوری اغلب برای کاربردهای آشکارسازی و نفوذ نور با پاسخ طیفی تنظیم شده با نور تابشی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سلول هادی نور

یک سنسور هادی نور یا فتوکنداکتور، الکتریسیته تولید نمی‌کند، اما وقتی در معرض انرژی نوری قرار گیرد، ویژگی‌های الکتریکی آن به سادگی تغییر می‌کند. رایج‌ترین نوع سلول هادی نور مقاومت نوری یا فتورزیستور است که مقاومت الکتریکی آن در پاسخ به تغییرات شدت نور تغییر می‌کند.

فیلم آموزش پی اسپایس – شبیه سازی و تحلیل مدارهای الکتریکی و الکترونیکی با PSpice در فرادرس

کلیک کنید

مقاومت‌های نوری قطعات نیمه‌رسانایی هستند که در آن‌ها انرژی نوری شارش الکترون‌ها و در نتیجه، جریان گذرنده از آن‌ها را کنترل می‌کند. رایج‌ترین سلول هادی نور مقاومت حساس به نور (Light Dependent Resistor) یا LDR است.

مقاومت حساس به نور

همان‌گونه که از نامش پیداست، مقاومت وابسته یا حساس به نور (LDR) از یک قطعه نیمه‌هادی مانند سولفید کادمیوم ساخته شده که مقاومت الکتریکی آن از چند هزار اهم در تاریکی تا چند صد اهم وقتی نور به آن تابانده شده و زوج حفره-الکترون در ماده تشکیل شود تغییر می‌کند. در یک LDR، با افزایش شدت نور، مقاومت کاهش یافته و رسانایی زیاد می‌شود. همچنین، سلول‌های مقاومتی نوری به یک پاسخ زمانی طولانی در حد چند ثانیه نیاز دارند تا به تغییر شدت نور پاسخ دهند.

شکل زیر یک مقاومت حساس به نور را نشان می‌دهد.

ماده‌هایی که به عنوان نیمه‌هادی در این قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل سولفید سرب (PbS)، سلناید سرب (PbSe)، آنتیموان ایندیوم (InSb) هستند که نور را در محدوره فروسرخ آشکار می‌کنند. متداول‌ترین سنسورهای نوری مقاومتی از جنس سولفید کادمیوم (CdSe) هستند.

کادمیوم سلناید در ساختار سلول‌های هادی نور مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا منحنی پاسخ طیفی آن بسیار منطبق بر چشم انسان است و حتی می‌توان آن را با یک چراغ‌قوه ساده (به عنوان منبع نور) کنترل کرد.

مقاومت حساس به نور یک طول موج حساسیت پیک ($$\lambda _ p$$) دارد که در محدوده طیف مرئی ۵۶۰ تا ۶۰۰ نانومتر است.

رایج‌ترین سنسور نوری مقاومتی، سلول هادی نوری سولفید کادمیوم $$\text{ORP12}$$ است. این مقاومت وابسته به نور یک پاسخ طیفی در حدود ۶۱۰ نانومتر از ناحیه زرد تا نارنجی نور دارد. وقتی نوری در کار نباشد (مقاومت تاریکی)، مقاومت سلول بسیار بزرگ و در حدود ۱۰ مگااهم خواهد بود. در صورت تابش نور کامل، این مقاومت به ۱۰۰ اهم نیز می‌رسد (مقاومت روشنایی).

برای افزایش مقاومت روشنایی و در نتیجه، کاهش جریان تاریکی، مسیر مقاومتی یک الگوی زیگزاگ در ماده (زیرلایه) سرامیکی دارد. فتوسل سولفید کادمیوم یک قطعه بسیار کم‌هزینه است که اغلب برای آشکارسازی کاهش نور یا تشخیص خودکار هوای نیمه‌روشن و تنظیم نور خیابان‌ها به کار می‌رود.

اتصال یک مقاومت وابسته به نور به صورت سری با یک مقاومت استاندارد و یک ولتاژ‌ DC یک مزیت اساسی دارد و آن این است که برای سطوح نوری مختلف ولتاژهای متفاوتی به دست خواهد آمد (شکل زیر را ببینید). مقدار افت ولتاژ مقاومت سری $$R_2$$ با مقدار مقاومتی مقاومت حساس به نور ($$R _ \text{LDR}$$) به دست می‌آید. این قابلیت تولید ولتاژهای مختلف منجر به مداری با نام مقسم پتانسیل (Potential Divider) یا شبکه تقسیم ولتاژ خواهد شد.

همان‌طور که می‌دانیم، جریان گذرنده از قطعات یک مدار سری مشترک است و از آنجایی که مقدار LDR با تغییر شدت نور تغییر می‌کند، ولتاژ‌ $$V _ \text{OUT}$$ را می‌توان با استفاده از فرمول تقسیم ولتاژ تعیین کرد. مقاومت $$R _ \text{LDR}$$ یک LDR از نور روز تا تاریکی کامل می‌تواند از 100 اهم تا 10 مگااهم تغییر کند. این تغییر در مقاومت را می‌توان با تغییر در ولتاژ‌ $$V _ \text{OUT}$$ مشاهده کرد.

یکی از کاربردهای ساده مقاومت‌های حساس به نور، سوئیچ یا کلید حساس به نور است که در شکل زیر نشان داده شده است.

رله خروجی این مدار سنسور نوری ساده با نور سوئیچ می‌شود. یک مدار مقسم ولتاژ بین فتورزیستور، LDR و مقاومت $$R_1$$ تشکیل شده است. وقتی نور نباشد، یعنی در تاریکی، مقاومت LDR بسیار زیاد و در حد چند مگااهم خواهد بود. بنابراین، بایاس بیس صفر به ترانزیستور TR1 اعمال شده و رله بدون انرژی یا قطع می‌شود.

وقتی سطح نور افزایش پیدا کند، مقاومت LDR شروع به کاهش کرده و سبب افزایش ولتاژ‌ بایاس بیس $$V _ 1$$ می‌شود. اکنون ولتاژ بایاس بیس برای وصل کردن ترانزیستور TR1 و در نتیجه فعال کردن رله و کنترل  مدار خارجی کافی است. وقتی سطح نور کم شود، مقاومت LDR‌ افزایش یافته و سبب می‌شود ولتاژ بیس ترانزیستور کاهش یابد. در نتیجه ترانزیستور و رله در نقطه‌ای که با شبکه مقسم ولتاژ‌ تعیین شده است قطع می‌شوند.

اگر مقاومت ثابت $$R_1$$ را با پتانسیومتر $$\text{VR1}$$ جایگزین کنیم، می‌توانیم نقطه‌ای را که در آن رله قطع یا وصل می‌شود برای یک سطح نور مشخص از قبل تنظیم کنیم. مدار ساده‌ای که در بالا نشان داده شد، حساسیت کمی دارد و نقطه سوئیچینگ آن با تغییرات دما یا منبع ولتاژ‌ سازگار نیست. یک مدار با دقت حساسیت بالاتر نسبت به نور را می‌توان با ترکیب LDR در یک پل وتستون و جایگزینی ترانزیستور با تقویت‌کننده عملیاتی مطابق شکل زیر ساخت.

در مدار حسگر تاریکی ساده بالا، مقاومت حساس به نور $$\text{LDR1}$$ و پتانسیومتر $$\text{VR1}$$ یک بازوی قابل تنظیم از یک شبکه پل مقاومتی را تشکیل می‌دهند که معمولاً با نام پل پتستون شناخته می‌شود. مقاومت‌های $$R_1$$ و $$R_2$$ بازوی دیگر را می‌سازند. هر دو سمت پل، شبکه‌های مقسم ولتاژی را در دو سر منبع ولتاژ تشکیل می‌دهند که خروجی‌های $$V _ 1$$ و $$V _ 2$$ آن‌ها به ترتیب، به ورودی‌های ولتاژ معکوس کننده و غیر معکوس کننده تقویت‌کننده متصل می‌شوند.

پیکربندی تقویت‌کننده عملیاتی به صورت یک تقویت‌کننده تفاضلی است که به عنوان یک مقایسه‌کننده ولتاژ با فیدبک نیز شناخته می‌شود و ولتاژ خروجی آن با تفاضل بین دو سیگنال یا ولتاژ ورودی $$V _ 1$$ و $$V _ 2$$ تعیین می‌شود. ترکیب مقاومت‌های $$R_1$$ و $$R_2$$ یک مرجع ولتاژ ثابت در ورودی $$V_2$$ تشکیل می‌دهد که با نسبت دو مقاومت تعیین می‌شود. ترکیب $$\text{LDR}$$ و $$\text{VR1}$$ یک ورودی ولتاژ $$V _1$$ متناسب با سطح نور تولید می‌کند که با فتورزیستور تعیین می‌شود.

مشابه مدار قبلی، از خروجی تقویت‌کننده برای کنترل یک رله استفاده می‌شود که با دیود هرزگرد $$D _ 1$$ محافظت شده است. وقتی سطح نور با LDR‌ حس شود و ولتاژ‌ خروجی آن به کمتر از ولتاژ مرجع $$V _ 2$$ شود، خروجی تقویت‌کننده با فعال کردن رله وضعیت را تغییر داده و بار متصل به آن را سوئیچ می‌کند.

به طور مشابه، اگر سطح نور افزایش پیدا کند، خروجی رله را به حالت قطع باز خواهد گرداند. هیسترزیس دو نقطه سوئیچینگ با مقاومت فیدبک $$R _ f$$ جهت دستیابی به هر بهره ولتاژ مناسبی از تقویت‌کننده تنظیم می‌شود.

قطعات پیوندی نوری

قطعات فتوپیوندی یا پیوندی نوری اساساً سنسورها یا آشکارسازهای نوری پیوند PN هستند که از پیوندهای PN نوع N تشکیل شده‌اند و نسبت به نور حساس هستند. این قطعات می‌توانند سطوح نور مرئی و فروسرخ را آشکار کنند. قطعات پیوندی نوری به طور ویژه برای آشکارسازی نور ساخته شده‌اند و این نوع سنسورهای نور فتوالکتریکی شامل فتودیودها و فتوترانزیستورها هستند.

فتودیود

ساختار یک سنسور نور فتودیودی مشابه یک دیود پیوند PN عادی است، با این تفاوت که پوشش فتودیودها شفاف است یا یک لنز شفاف دارد تا نور را بر پیوند PN متمرکز کند و حساسیت آن را افزایش دهد. این پیوند به نور، به ویژه نورهایی با طول موج بلندتر مانند فروسرخ، نسبت به نور مرئی پاسخ بهتری می‌دهد.

این مشخصه می‌تواند منجر به ایجاد مشکلاتی در دیودهایی با بدنه شیشه‌ای و شفاف مانند دیود سیگنال $$\text{1N4148}$$ شود. ال‌ای‌دی‌ها را نیز می‌توان به عنوان فتودیود مورد استفاده قرار داد، زیرا پیوند آن‌ها هم می‌تواند نور را منتشر و هم آشکار کند. همه پیوندهای PN حساس به نور هستند و می‌توان از آن‌ها به عنوان یک فتودیود پیوند PN با مد ولتاژ بایاس نشده استفاده کرد.

مشخصه ولتاژ-جریان یک فتودیود بدون تابش نور روی پیوندش (حالت تاریک) بسیار شبیه یک سیگنال عادی یا دیود یکسوساز است. وقتی فتودیود بایاس مستقیم شود، مشابه یک دیود عادی، یک افزایش نمایی در جریان رخ خواهد داد. هنگامی که یک بایاس معکوس اعمال شود، یک جریان اشباع معکوس ظاهر خواهد شد و سبب افزایش ناحیه تهی می‌شود که بخش حساس پیوند است. فتودیودها را همچنین می‌توان با استفاده از ولتاژ بایاس ثابت در دو سر پیوند در مد جریان متصل کرد. مد جریان، در یک محدوده گسترده، بسیار خطی است.

شکل زیر ساختار فتودیود و مشخصه‌های آن را نشان می‌دهد.

وقتی از یک فتودیود به عنوان سنسور نور استفاده می‌کنیم، جریان تاریکی (صفر لوکس) برای دیودهای ژرمانیوم تقریباً 10 میلی‌آمپر و برای دیودهای سیلیکون تقریباً ۱ میلی‌آمپر است. هنگامی که نور به پیوند بتابد، زوج حفره/الکترون‌های بیشتری تشکیل شده و جریان نشتی افزایش می‌یابد. این جریان نشتی با افزایش شدت نور بیشتر می‌شود.

بنابراین، جریان فتودیودها تناسب مستقیمی با شدت نور تابیده شده به پیوند PN دارد. یکی از مزیت‌های اصلی فتودیودهایی که به عنوان سنسور نور مورد استفاده قرار می‌گیرند، پاسخ سریع آن‌ها به تغییرات سطح نور است. اما یکی از معایب این نوع قطعات نوری جریان نسبتاً کم آن‌ها است.

شکل زیر مدار یک مبدل نور-جریان به ولتاژ را با استفاده از یک تقویت‌کننده عملیاتی به عنوان عنصر تقویت‌کننده نشان می‌دهد. ولتاژ‌ خروجی ($$V_\text{OUT}$$) به صورت $$V _ \text{OUT} = I _ P \times R _ f$$ محاسبه می‌شود که متناسب با مشخصه شدت نور فتودیود است.

این نوع مدار همچنین از مشخصه‌های یک تقویت‌کننده عملیاتی با دو ترمینال ورودی در ولتاژ‌ تقریباً‌ صفر برای عملکرد فتودیود بدون بایاس بهره می‌برد. پیکربندی تقویت‌کننده بایاس صفر، امپدانس بالایی به فتودیود می‌دهد و در نتیجه، تأثیر کمتری از جریان تاریکی می‌پذیرد و یک محدوده خطی گسترده‌تر جریان نوری نسبت به شدت نور تابشی وجود خواهد داشت. خازن $$C _ f$$ برای جلوگیری از نوسان یا پیک بهره و برای تنظیم پهنای باند خروجی استفاده می‌شود ($$1 / 2 \pi R C$$).

شکل زیر مدار یک تقویت‌کننده فتودیودی را نشان می‌دهد.

فتودیودها سنسورهای نوری بسیار متنوعی هستند که می‌توان جریان آن‌ها را در نانوثانیه قطع و وصل کرد. از این قطعات در دوربین‌ها، مترهای نوری، سی‌دی‌ها، دی‌وی‌دی‌ها، دستگاه‌های کنترل تلویزیون، اسکنرها، دستگاه‌های نمابر و کپی استفاده می‌شود. وقتی این قطعات با مدارهای تقویت‌کننده عملیاتی ترکیب شوند، در کاربردهایی از قبیل آشکارسازهای طیف فروسرخ برای مخابرات فیبر نوری، مدارهای ردیابی و سیستم‌های فیلمبرداری متعدد، سیستم‌های اسکن و موقعیت‌یابی با لیزر و... به کار می‌روند.

فتوترانزیستور

یک قطعه جایگزین نوری پیوندی برای دیود نوری، ترانزیستور نوری یا فتوترانزیستور (Phototransistor) است که اساساً از یک فتودیود با قابلیت تقویت‌کنندگی تشکیل شده است. سنسور نوری فتوترانزیستور هنگام در معرض نور قرار گرفتن، یک بایاس معکوس پیوند PN کلکتور-بیس دارد.

فتوترانزیستورها مشابه فتودیودها عمل می‌کنند، با این تفاوت که بهره جریان‌ دارند و نسبت به فتودیودها حساس‌ترند، به گونه‌ای که جریان آن‌ها ۵۰ تا ۱۰۰ برابر بزرگ‌تر از فتودیودهای استاندارد است. هر تزانزیستور عادی را می‌توان با اتصال یک فتودیود بین کلکتور و بیس به سادگی به یک سنسور نور فتوترانزیستوری تبدیل کرد.

فتوترانزیستورها معمولاً‌ از یک ترانزیستور NPN دوقطبی با ناحیه بیس بزرگی تشکیل شده‌اند که اتصالی ندارد. البته برخی فتوترانزیستورها اتصال پایه بیس را برای کنترل حساسیت دارند که در آن از فوتون‌های نور برای تولید یک جریان بیس استفاده می‌شود و به نوبه خود سبب برقراری جریان در کلکتور-امیتر خواهد شد. اغلب ترانزیستورهای نوری از نوع NPN هستند که پوشش بیرونی آن‌ها شفاف است یا یک لنز شفاف برای تمرکز نور به پیوند بیس برای افزایش حساسیت دارند.

در ترانزیستور نوع NPN کلکتور نسبت به امیتر بایاس مثبت شده و به همین دلیل، پیوند بیس/امیتر بایاس معکوس شده است. بنابراین، وقتی پیوند در معرض نور قرار نگیرد، جریان تاریکی یا نشتی از آن می‌گذرد که بسیار کوچک است. وقتی نور به پایه بیس بتابد، زوج الکترون/حفره‌های بیشتری در این ناحیه تشکیل شده و جریان تولیدی در اثر این عمل توسط ترانزیستور تقویت خواهد شد.

معمولاً حساسیت یک فتوترانزیستور تابعی از بهره جریان DC ترانزیستور است. بنابراین، حساسیت کلی تابعی از جریان کلکتور است و می‌توان آن را با اتصال مقاومت بین بیس و امیتر کنترل کرد، اما معمولاً برای هرگونه کاربرد آن در اپتوکوپلرهای با حساسیت بسیار زیاد، از فتوترانزیستورهای دارلینگتون استفاده می‌شود. شکل زیر یک فتوترانزیستور دارلینگتون را نشان می‌دهد.

ترانزیستورهای فتودارلینگتون از یک مجموعه دوتایی از ترانزیستور NPN دوقطبی برای تقویت بیشتر یا زمانی که حساسیت بالاتری به دلیل کار در محیط‌های کم‌نور مورد نیاز است بهره می‌برند. فتودارلینگتون‌ها پاسخ زمانی آرام‌تری نسبت به  فتوترانزیستورهای NPN معمولی دارند.

فتودارلینگتون‌ها از یک فتوترانزیستور عادی تشکیل می‌شوند که خروجی امیتر آن با بیس یک ترانزیستور NPN دوقطبی بزرگ‌تر کوپل شده است. از آنجایی که بهره جریان یک ترانزیستور دارلینگتون برابر با ضرب بهره‌های جریان دو ترانزیستور تکی است، فتودارلینگتون به عنوان یک آشکارساز بسیار حساس عمل می‌کند.

از کاربردهای فتوترانزیستورها می‌توان در اپتوایزولاتورها، سنسورهای پرتو نور، فیبر نوری، دستگاه‌های کنترل تلویزیون و غیره اشاره کرد. هنگام استفاده از اپتودارلینگتون‌ها در تشخیص نور مرئی، گاهی لازم است از فیلترهای مادون قرمز استفاده کنیم.

یک نوع دیگر از سنسورهای نیمه‌هادی‌ پیوندی نوری، فتوتریستور (Photo-thyristor) است. فتوتریستور یک تریستور یا همان یکسوساز کنترل شده با سیلیکون (SCR) است که می‌توان از آن به عنوان سوئیچ فعال شونده با نور در کاربردهای AC استفاده کرد. البته حساسیت این این قطعات در مقایسه با فتودیودها یا فتوترانزیستورهای معادلشان بسیار کم است.

برای افزایش حساسیت فتوتریستورها به نور، ناحیه پیوند گیت آن‌ها نازک‌تر ساخته می‌شود. عیب این روش آن است که مقدار جریان آندی که می‌تواند سوئیچ شود محدود خواهد شود. بنابراین، برای کاربردهای AC با جریان بالاتر از این قطعات به صورت پایلوت در اپتوکوپلرها و برای سوئیچ بیشتر تریستورهای متداول استفاده می‌شود.

سلول‌های فتوولتائیک

رایج‌ترین نوع سنسورهای نوری فتوولتائیک، سلول خورشیدی (Solar Cell) است. سلول‌های خورشیدی انرژی نوری را مستقیماً به انرژی الکتریکی DC و به فرم یک ولتاژ یا جریان به توان تبدیل کرده و باری مانند یک لامپ، باتری یا موتور را تغذیه می‌کنند. در نتیجه، سلول‌های فتوولتائیک شباهت‌های زیادی به یک باتری دارند، زیرا توان DC را تأمین می‌کنند. هرچند، برخلاف سایر قطعات نوری که درباره آن‌ها بحث کردیم و دیدیم که حتی با چراغ قوه کار می‌کنند، سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک با در معرض انرژی تابشی خورشید قرار گرفتن بهترین عملکرد را دارند.

فیلم آموزش طراحی نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک با پی وی سیست PVsyst در فرادرس

کلیک کنید

سلول‌های خورشیدی در کاربردهای مختلفی مانند ماشین‌حساب‌ها و ماهواره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و امروزه برای تولید برق در مقیاس‌های بزرگ به کار می‌روند. وقتی سلول‌های خورشید در تاریکی قرار گیرند مشخصه مشابهی با یک فتودیود بسیار بزرگ نشان می‌دهند.

وقتی انرژی نوری به سلول فتوولتائیک می‌تابد، سبب می‌شود الکترون‌ها در پیوند PN شارش کنند و یک سلول خورشیدی تکی می‌تواند ولتاژ مدار بازی به اندازه $$0.58 \, \text{V}$$ تولید کند. سلول‌های خورشیدی درست مانند باتری‌ها دو سر مثبت و منفی دارند.

این قطعات تکی را می‌توان به صورت سری به یکدیگر متصل کرد و ولتاژ خروجی را افزایش داد. همچنین می‌توان برای افزایش جریان خروجی آن‌ها را به صورت موازی با یکدیگر وصل کرد. پنل‌های فتوولتائیک که در بازار وجود دارند برحسب وات مشخص شده‌اند که همان حاصل‌ضرب جریان در ولتاژ آن‌ها است. منحنی مشخصه یک سلول خورشیدی در شکل زیر نشان داده شده است.

میزان جریان در دسترس یک سلول خورشیدی به شدت نور، اندازه سلول و بازده آن بستگی دارد که این بازده معمولاً بین ۱۵ تا ۲۰ درصد است.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• ترانزیستور JFET یا پیوندی اثر میدان — به زبان ساده
• ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) — به زبان ساده
• مولتی متر و روش استفاده از آن — به زبان ساده

^^