Как сделать простую солнечную батарею? Работа фотоэлектрических элементов

 Как построить простую солнечную батарею? (Шаг за шагом) | Основной принцип работы фотогальванического элемента

Введение в солнечные или фотогальванические элементы

солнечная батарея (или Фотоэлектрический элемент ) представляет собой устройство, которое вырабатывает электрический ток либо путем химического воздействия, либо путем преобразования света в электрический ток при воздействии солнечного света. В этой статье внимание будет уделено только солнечным батареям.

Также прочитайтеТипы солнечных элементов и фотогальванических панелей

солнечный элемент также известен как фотогальванический элемент, который вырабатывает электрический ток, когда поверхность подвергается воздействию солнечного света. В этой статье мы будем называть солнечный свет электромагнитным излучением (ЭМ-излучением).

В солнечных элементах количество электроэнергии, вырабатываемой элементами, зависит от интенсивности электромагнитного излучения, достигающего поверхности элемента. Солнечная батарея преобразует электромагнитное излучение в постоянный ток. Таким образом, мы можем сказать, что солнечный элемент представляет собой полупроводниковое переходное устройство, которое преобразует электромагнитное излучение, достигающее нас от солнца, в электрическую энергию. Как указано выше, генерируемый ток является постоянным.

Основной принцип работы фотогальванического/солнечного элемента

Принцип действия солнечного элемента аналогичен проводимости в полупроводнике, таком как кремний. Как видно на картинке, темная поверхность — это та часть, которая подвергается воздействию солнечного света. Когда ЭМ-излучение попадает на поверхность клетки, оно возбуждает электроны и заставляет их переходить с одного энергетического уровня (орбиты) на другой, оставляя после себя дырки.

Эти дырки служат носителями положительного заряда, а электроны — носителями отрицательного заряда. Не запутайтесь, электроны или дырки не создают электрических зарядов. Они несут только обвинения. При этом электромагнитное излучение преобразуется в электрическую энергию. Солнечные элементы изготавливаются в основном из полупроводников, таких как кремний и селен, которые используются наиболее широко.

Чтобы лучше понять это, давайте рассмотрим различные типы полупроводниковых материалов, поскольку материалы, широко используемые в производстве солнечных элементов, являются полупроводниками.

Типы полупроводников

У нас есть два типа полупроводников:внутренние и внешние полупроводники.

Внутренние полупроводники :

Это полупроводники, которые являются чистыми в своей собственной форме. Никакие примеси не добавляются для улучшения их проводимости. Полупроводники этого типа при нуле градусов Цельсия имеют очень мало свободных дырок и электронов для проводимости или вообще не содержат их.

Внешние полупроводники :

Эти типы полупроводников не являются чистыми, поскольку они легированы (вещества, которые служат примесями, добавляются для повышения их проводимости). При легировании полупроводника обнаруживаются следующие материалы:

• Полупроводники P-типа

  Этот тип полупроводника образуется, когда кремний, селен или германий легированы трехвалентным элементом (элементом с тремя валентными электронами), таким как бор. Дырки (носители положительного заряда) являются основными носителями заряда в полупроводниках этого типа.

• N — полупроводники

  Электроны являются основными носителями заряда в полупроводниках этого типа. Они несут отрицательные заряды. Они образуются при легировании кремния или любого другого полупроводника пятивалентным элементом (элементом с пятивалентным электроном во внешней оболочке).

• PN – тип полупроводников

  Когда полупроводники P и N типа соединяются вместе путем их плавления, т.е. подвергая соприкасающиеся поверхности воздействию высокой температуры (не расплавляя их полностью, чтобы они образовали единое целое), между ними образуется граница или стык порядка 10 ^-3 мм. Образовавшееся соединение называется PN-соединением. Высокая концентрация дырок на одной стороне перехода и высокая концентрация электронов на другой стороне заставляют два носителя заряда диффундировать соответственно на другую сторону перехода.

Как построить простой фотоэлектрический/солнечный элемент?

Кремний и селен — наиболее широко используемые полупроводники в производстве солнечных элементов. Галлий, арсенид, арсенид индия, сульфид кадмия и т. д. также используются, но наиболее широко используются кремний и селен.

Зная, что полупроводниковые материалы, такие как кремний и селен, могут быть довольно дорогими, мы поговорим о том, как сконструировать солнечный элемент, используя такие материалы, как кремний, а также о том, как сконструировать солнечный элемент, используя дешевые материалы, которые можно найти вокруг нас.

Обратите внимание, что использование дешевых материалов не даст выходной мощности, эквивалентной выходной мощности по сравнению с использованием кремния или селена, и, во-вторых, чем больше поверхность материала, подвергающегося воздействию электромагнитного излучения, тем больше энергии будет произведено.

Создание солнечной батареи с использованием кремниевых полупроводников

Как было сказано ранее, поверхность представляет собой материал P-типа. Материал P-типа должен быть тонким, чтобы световая энергия (ЭМ-излучение) могла проникнуть через соединение и достичь материала N-типа, чтобы обеспечить диффузию электронов и дырок.

Никелированное кольцо вокруг материала P-типа служит положительной выходной клеммой, а покрытие в нижней части материала N-типа служит отрицательной выходной клеммой.

Как построить простую солнечную батарею? (Шаг за шагом)

Теперь, когда вы знаете, как из кремния изготавливаются солнечные элементы, давайте посмотрим, как можно изготовить фотоэлектрический элемент из различных материалов. Вместо использования оксида меди мы будем использовать другие материалы. Необходимые материалы следующие:

• Стеклянные пластины (например, крышки для предметных стекол микроскопа)
• Деионизированная вода
• Мультиметр
• Прозрачная лента
• Мелкое блюдо
• Электрическая плита (по возможности 1100 Вт)
• Раствор диоксида титана
• Углерод (графитный карандаш или графитовая смазка)
• Раствор йодида
• Скрепки
• Зажимы типа "крокодил"

В нашей последней работе материал P-типа обращен к солнцу и обладает большей проводимостью по сравнению с материалом N-типа. Стекло — это полупроводник с частичной проводимостью. Чтобы одна из стеклянных пластин действовала как материал P-типа, а другая — как материал N-типа, вы должны обработать их химическими веществами, чтобы в конце концов одна из них стала более проводящей, чем другая. Шаги следующие.

1. Тщательно очистите поверхности двух стеклянных пластин этанолом. Не прикасайтесь к поверхности стеклянных пластин рукой после очистки.
2. Используя миллиметр, проверьте, насколько проводящими являются поверхности пластин, и обратите внимание на наиболее проводящую поверхность каждой из пластин. Поместите пластины рядом друг с другом так, чтобы проводящая поверхность одной из пластин была обращена вниз, а другая проводящая поверхность была обращена вверх.
3. После шага 2 наклейте прозрачную ленту, чтобы скрепить стеклянные пластины. Ленту следует накладывать вдоль любой из длинных сторон пластин. Лента должна перекрывать края примерно на 1 мм. Также наклейте ленту на наружную сторону стеклянной пластины лицом вверх на 4 – 5 мм.
4. Равномерно нанесите капли диоксида титана на поверхность стеклянных пластин и равномерно распределите раствор. Дайте раствору покрыть проводящую поверхность, обращенную вниз.
5. После нанесения диоксида титана удалите ленты, скрепляющие пластины.
6. Поместите проводящую поверхность лицевой стороной вверх на электрическую плиту на ночь, чтобы диоксид титана запекся на пластинах. Очистите диоксид титана, находящийся на проводящей поверхности вниз, и поместите его в чистое место.
7. Возьмите неглубокую тарелку и наполните ее красителем, изготовленным из сока ежевики, малины или граната и т. д. Замочите пластину с покрытием из диоксида титана лицевой стороной вниз не менее чем на 10 минут.
8. Очистите другую пластину этанолом, пока пластина из диоксида титана пропитывается красителем. Проверьте проводимость его поверхности после очистки. Отметьте сторону, которая не проводит электрический ток, как положительную. Нанесите графитную смазку графитным карандашом на токопроводящую сторону и покройте всю поверхность.
9. Выньте пластину, покрытую диоксидом титана, из красителя. Промойте сначала деионизированной водой, затем этанолом. Сотрите этанол с планшета чистой тканью.
10. Соберите две пластины так, чтобы покрытия соприкасались друг с другом, а пластины слегка смещались. Удерживайте пластины на месте с помощью зажимов. Их нужно сделать смещенными, потому что края будут служить терминалами.
11. Нанесите капли раствора йодида на покрытие, подвергающееся воздействию солнечных лучей. Дайте покрытиям полностью пропитаться раствором. Суть раствора йодида заключается в том, чтобы помочь электронам течь от пластины, покрытой диоксидом титана, к пластине, покрытой углеродом, при воздействии электромагнитного излучения. Если раствор йодида избыток, сотрите раствор с поверхности, которая будет подвергаться воздействию солнечного света.
12. Прикрепите зажим «крокодил» или «крокодил» к участкам поверхности с покрытием по обеим сторонам ячейки. Одна клипса прикреплена к поверхности, покрытой графитом, которая служит в качестве упора, в то время как клипса типа «крокодил» прикреплена к поверхности, покрытой диоксидом титана. Это, конечно, катод. Подсоедините проводящие провода к зажимам и поместите их в положение, при котором свет будет падать на поверхность пластины. Теперь ваша солнечная батарея готова к использованию. Вы можете проверить количество напряжения и тока, которые производит солнечный элемент, с помощью мультиметра. Очевидно, что напряжения недостаточно для зарядки телефона, но для этого можно сделать цепочку из этих солнечных батарей!.

Преимущества использования солнечной батареи

Преимущества использования солнечных батарей следующие:

• Не шумит
• Для его работы не требуется топливо.
• Его движущая сила свободна по своей природе.
• Требует минимального обслуживания

Недостатки использования солнечных батарей

Недостаток использования солнечных батарей

• Поверхность ячейки должна быть большой, чтобы производить разумное количество электроэнергии.
• Когда солнце прячется в облаках, количество вырабатываемой энергии будет уменьшаться.
• Их нельзя использовать в качестве источника энергии из-за колебаний количества вырабатываемой энергии.

Применение и использование солнечных батарей

Солнечные батареи имеет множество приложений, несмотря на его недостатки, которые заключаются в следующем:

• Последовательно соединенные солнечные элементы можно использовать в качестве зарядного устройства.
• Они широко используются в качестве источника энергии для спутников
• Многоэлементные кремниевые фотоэлектрические устройства можно использовать для восприятия света в таких приложениях, как чтение перфокарт в сфере обработки данных.
• Золото - легированные германиевые элементы с регулируемой характеристикой спектрального отклика могут использоваться в качестве детекторов инфракрасного излучения.

Вы также можете прочитать:

• Фотоэлектрические панели:типы солнечных панелей и какая из них лучше
• Схемы подключения и установки солнечной панели
• Общие требования к установке системы солнечных батарей
• Последовательное соединение солнечной панели с системой автоматического ИБП
• Сколько ватт солнечной панели нам нужно для наших домашних электроприборов?
• Полное руководство по установке солнечных батарей. Пошаговая процедура с расчетом

Введите свой адрес электронной почты для получения последних обновлений, как указано выше!