Оптоэлектроника сейчас является ведущей отраслью электроники и электронных технологий, охватывающей взаимное влияние энергии электромагнитного поля и излучения в видимой области, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, а также использования этого влияния в оптоэлектронных элементах. Оптоэлектроника занимается, прежде всего, преобразованием электрических сигналов на оптические сигналы и наоборот – генерированием, преобразованием и накоплением энергии и информации, что передается световым излучением.

Электромагнитное излучение от ультрафиолетового до инфракрасного находится в диапазоне длин волн от 1 нм до около 1 мм, при этом ультрафиолетовый спектр находится в диапазоне 1-380 нм, а инфракрасный в диапазоне 780 нм – 1 мм. Излучения в диапазоне 380 нм – 780 нм является видимым излучением (для вычислений принято λ = 0,6 •10^-6). Длина волны λ и частота ƒ связаны общеизвестной формулой:

с = λ•ƒ    ƒ=с/λ= 3•10⁸/0,6 •10^-6 = 5 •10¹⁴ (1/с)

где:

• с – скорость света в вакууме = 3•10⁸ (м/с)
• ƒ – частота электромагнитного излучения (1/с)
• h – постоянная Планка = 6,626 •10^-34(Дж•с)
• масса фотона (г)
• Е – энергия излучения, энергия одного фотона (квант излучения) (Дж)

Е = h • ƒ = 6,626 •10^-34(Дж•с) • 5 •10¹⁴ (1/с) = 33 • 10^-20 (Дж)

E=m•c²  m = E/c² =33 • 10^-20 (Дж)/9•10¹⁶ = 3,8 • 10^-36 (г) 

Зависимость энергии, произведенной фотоэлементом, к интенсивности солнечного излучения на единицу поверхности определяет КПД элемента:

η = (I•U/Me•A) • 100% = (P/Me•A) • 100%

где:

• I – ток фотоэлемента (А)
• U- ЭДС фотоэлемента (В)
• Р- мощность фотоэлемента (Вт)
• А – поверхность фотоэлемента (м²)
• Me – интенсивность солнечного излучения (Вт/м²)

На взаимодействие света и материи, в том числе и с полупроводником, влияющие на его волновые и корпускулярные (молекулярные) особенности. Волновые свойства доминируют в пассивных действиях, таких как: отражение, преломление, дифракция, интерференция, рассредоточение, поляризация; зато в активных действиях, таких как: абсорбция, эмиссия и люминесценция – доминируют корпускулярные свойства. Волновые или корпускулярные свойства света проявляются в разной степени в зависимости от длины волны. При коротковолновом излучении преобладают корпускулярные свойства, в случае длинных волн преобладают волновые свойства.

Световое излучение описывается энергетическими и световыми величинами. Световой поток и другие световые единицы зависят от интенсивности светового потока. Однако за интенсивность энергетического потока могут соответствовать разные параметры световых потоков и наоборот – одна и та интенсивность светового потока может быть вызвана различными энергетическими потоками. Это зависит от распределения энергетического спектра излучения. Солнечное излучение имеет диапазон длин волн от 100 нм – 10000 нм (10^-7-10^-4) и имеет разное количество энергии. Около 46% энергии излучения содержит видимое излучение, 47% – инфракрасное, 7% – ультрафиолет. Интенсивность солнечного излучения (Вт/м2) зависит от высоты солнца над горизонтом, а также от толщины слоя атмосферы и колеблется от 0 до 1200 Вт/м2. На рисунке ниже представлены энергетические показатели излучения . Энергию имеет как прямой так и рассеянный солнечный свет.

Преимущества и недостатки солнечного излучения как источника энергии:

Преимущества:

• Доступно по всему земному шару;
• Бесплатная энергия;
• Использование этого вида энергии не влияет на климат земли;
• Энергетические запасы солнца неиссякаемые;

Недостатки:

• Этот вид энергии можно использовать только в солнечные дни;
• Потребность в накоплении энергии (электрические аккумуляторы, накопители тепла);
• Случайная интенсивность освещения и интенсивность излучения (Вт/м2);
• Количество энергии получаемой в течении дня разная (от 0 до 5 кВт*год/м2);
• Энергия распределяется равномерно на больших площадях;
• Значительная стоимость солнечных электростанций ( окупаемость составляет, примерно, 5 лет)