We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Fotovoltaikus cellák: hogyan működnek és hogyan készülnek. Megmutatjuk, hogyan működik egy szilícium alapú napelem.
AzFotovoltaikus cellákképesek a napsugárzást villamos energiává alakítani. Ez most mindenki számára világos ... igen, de hogyan csinálják? A válasz a. Felépítésében rejliknapelemde mielőtt bemennénk és megnéznénkhogyan működik a fotovoltaikus cellamegadjuk az alapokat.
A fénytől az elektromosságig
Fontos megérteni a "fény" fogalmát. A fénynek korpuszkuláris és hullámzó jellege van, és leegyszerűsítve elmondjuk, hogy fotonok alkotják. Minden foton tehát az az elemi részecske, amely fényt alkot. A fény energetikai erejének megértése érdekében felkérjük, hogy olvassa el "Mikrohullámú sütő, hogyan működik" című cikkünket, és meglátja, hogyenergiamennyiségamelyet egy foton tartalmaz, a napsugárzás hullámhosszától függ.
Vegyük figyelembe, hogy egy 260 nm-es fotont 4,8 elektronvoltnak megfelelő energia jellemez. Innen származik az elektromossággá átalakuló energia. Hogyan történik ez az átalakulás? Folytatjuk lépésről lépésre.
Fotovoltaikus cella: hogyan készül
A fotovoltaikus elem szilíciumból áll: ez a félvezető anyag képes átalakítani a napsugárzás (fény) energiáját elektromossággá.
A tiszta szilícium 4 vegyértékű elektronot tartalmaz. A napelemek előállításához "adalékolják", hogy lehetővé tegyék az elektronok rendezett áthaladását.
Az "adalékolt szilícium" olyan "szennyeződéseket" tartalmaz, amelyek képesek módosítani a félvezető elektromos tulajdonságait. A foszforatomok bejuttatásával n-típusú szilícium képződik (amelyet a szabad elektronok nagy sűrűsége jellemez). A bóratomok bevezetésével a p-típusú szilícium képződik (a szabad töltések pozitívak, ezeket lyukaknak nevezzük).
Az így kezelt szilíciumnak lesz egy P és egy N zónája, amelyeket elválasztó zóna választ el, amelyet „ürítésnek” vagy űrtöltésnek nevezünk. Az n zónából származó elektronok diffundálnak a p zónába, így az N szilícium pozitív töltésű, míg a p típusú negatív töltésű.
A töltések áthaladása az egyezmény szerint történik: pozitívtól negatív töltésig.
Fotovoltaikus cella: hogyan működik
Vegyük figyelembe, hogy az n és a p zóna néhány mikrométer nagyságú, és e két zóna között helyezkedik el az űrtöltés. Az űrtöltés külön tartja a mozgó töltésekkel rendelkező zónákat.
Ily módon a díjak rendelkezésre állnak avillamos energia vezetése.
Amikor egy foton „eltalálja” ezt a rendszert, az „elektron-lyuk” párok jönnek létre mind az n, mind a p zónában. Ezt a jelenséget mondjákfotoelektromos hatás. A szilícium kezelése (doppingolás) a fotoelektronokat az n zóna (a létrehozott elektromos tér pozitív pólusa) felé mozdítja, míg a lyukak (pozitív töltések) a p zóna (az elektromos tér negatív pólusa) felé haladnak.
Összefoglalva:
a fotovoltaikus cellában két szilíciumréteg intim érintkezése van, az egyik p típusú és a másik n típusú. Ezt a két réteget egy p-n kereszteződés vagy ürítési terület metszi, ezen a területen egyerős elektromágneses mező. Mindez csak néhány mikron méretű.
Fotovoltaikus működés
A napfény "bombázza" a módosított félvezetőt. A pozitív és negatív elektromos töltések, plfotovoltaikus hatás, el vannak választva az elektromos mezőtől. Kialakul a különbség a potenciálban, ami ajelenlegi: az áram nagyobb, annál nagyobb a beeső fény mennyisége. Ez egy bizonyos pontig igaz egy telítettségi jelenség miatt: a fotonok felesleges energiája nem mindig generál elektromos áramot, hanem a hőben eloszliknapelem.
A hatékonyság a napelemtöbb tényező adja. A fényenergia "mennyezete" mellett, amelyet a napelem képes befogadni, mielőtt hő formájában eloszlatná, vannak más tényezők is, amelyekfotovoltaikus cellatöbbé-kevésbé hatékony.
A fotovoltaikus hatás kiváltásához minden fotonnak rendelkeznie kell bizonyos mennyiségű energiával. A fotovoltaikus hatás kiváltásához szükséges minimális érték attól függ, hogy milyen anyagból készül a cella.
Csak egy része annak az energiának alakul át, amelyet a foton átad a napelem elektronjának.
Ezenkívül nem minden elektron-lyuk párot választ el az n-p elágazás, egy rész a sejt belsejében rekombinálódik, és nem segít az elektromos potenciál létrehozásában.
Hogyan termel elektromos áramot egy napelem
Az elektromos áram előállításához a vezetősávban keringő töltéseknek el kell érniük a fém érintkezőket.
Amikor a fényenergia eltalálja a napelemet, az n-np - p elágazási rekesz belsejében lévő elektron-lyuk párok hasonlóan viselkednek, mint egy diódán, amelynek áramgenerátora párhuzamos.
