المواضيع

الخلايا الكهروضوئية: كيف تعمل

الخلايا الكهروضوئية: كيف تعمل

الخلايا الكهروضوئية: كيف تعمل وكيف تصنع. نوضح لك كيف تعمل الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون.

الالخلايا الضوئيةإنهم قادرون على تحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء. هذا واضح الآن للجميع ... نعم ، لكن كيف يفعلون ذلك؟ الجواب يكمن في هيكلالخلايا الشمسيةولكن قبل أن ندخل ونرىكيف تعمل الخلية الكهروضوئيةسنقدم لك الأساسيات.

من الضوء إلى الكهرباء

من المهم أن نفهم مفهوم "الضوء". للضوء طبيعة جسيمية وطبيعة موجية ، وللتيسير ، سنخبرك أنه مكون من فوتونات. وبالتالي ، فإن كل فوتون هو الجسيم الأولي الذي يشكل الضوء. لفهم القوة النشطة للضوء ، ندعوك لقراءة مقالتنا "الميكروويف ، كيف يعمل" ، سترى أنكميه من الطاقةالذي يحتويه الفوتون يعتمد على الطول الموجي للإشعاع الشمسي.

ضع في اعتبارك أن فوتون 260 نانومتر يتميز بطاقة تساوي 4.8 إلكترون فولت. هذا هو المكان الذي تأتي منه الطاقة التي تتحول إلى كهرباء. كيف يحدث هذا التحول؟ نواصل خطوة بخطوة.

الخلية الضوئية: كيف تصنع

تتكون الخلية الكهروضوئية من السيليكون: يمكن لهذه المادة شبه الموصلة تحويل طاقة الإشعاع الشمسي (الضوء) إلى كهرباء.

يحتوي السيليكون النقي على 4 إلكترونات تكافؤ. لإنتاج الخلايا الشمسية يتم "مخدر" للسماح بمرور الإلكترونات بشكل منظم.

يحتوي "السيليكون المخدر" على "شوائب" قادرة على تعديل الخصائص الكهربائية لأشباه الموصلات. عن طريق إدخال ذرات الفوسفور ، يتم الحصول على تكوين السيليكون من النوع n (الذي يتميز بكثافة عالية من الإلكترونات الحرة). عن طريق إدخال ذرات البورون ، يتم الحصول على تكوين السيليكون من النوع p (الشحنات الحرة موجبة ، تسمى الثقوب).

سيكون للسيليكون ، الذي تتم معالجته بهذه الطريقة ، منطقة P ومنطقة N مفصولة بمنطقة تقاطع تُعرف باسم "التفريغ" أو الشحن الفضائي. تنتشر الإلكترونات من المنطقة n إلى المنطقة p ، لذا فإن السيليكون N مشحون إيجابياً بينما يكون النوع p مشحونًا سالبًا.

يتم تمرير الرسوم وفقًا للاتفاقية: من الشحنة الموجبة إلى السالبة.

الخلية الضوئية: كيف تعمل

ضع في اعتبارك أن المنطقة n والمنطقة p لهما حجم بضعة ميكرومتر وأن التداخل بين هاتين المنطقتين هو شحنة الفضاء. يحافظ شحن الفضاء على فصل المناطق ذات الشحنات المتحركة.

بهذه الطريقة ، تكون الرسوم متاحة لـتوصيل الكهرباء.

عندما "يضرب" الفوتون هذا النظام ، يتم الحصول على أزواج "ثقب الإلكترون" في منطقتي n و p. يقال هذه الظاهرةالتأثير الكهروضوئي. تؤدي معالجة السيليكون (المنشطات) إلى تحرك الإلكترونات الضوئية نحو المنطقة n (القطب الموجب للحقل الكهربائي الذي تم إنشاؤه) بينما تتجه الفجوات (الشحنات الموجبة) نحو المنطقة p (القطب السالب للحقل الكهربائي).

في تلخيص:
يوجد في الخلية الكهروضوئية تلامس حميم بين طبقتين من السيليكون ، واحدة من النوع p والأخرى من النوع n. تتخلل هاتان الطبقتان تقاطع pn أو منطقة تفريغ ، في هذه المنطقة يوجد تكوينمجال كهرومغناطيسي قوي. كل هذا بحجم بضعة ميكرونات فقط.

العملية الكهروضوئية

أشعة الشمس "قنابل" أشباه الموصلات المعدلة. الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة لـتأثير ضوئي، مفصولة عن المجال الكهربائي. هناك تشكيل فرق في الجهد مما يؤدي إلى تداولتيار: التيار أكبر كلما زادت كمية الضوء الساقط. هذا صحيح حتى نقطة معينة بسبب ظاهرة التشبع: الطاقة الزائدة للفوتونات لا تولد دائمًا تيارًا كهربائيًا ولكنها تتبدد في الحرارة داخلالخلايا الشمسية.

كفاءة أ الخلايا الشمسيةمن خلال عدة عوامل. بالإضافة إلى "سقف" الطاقة الضوئية التي تستطيع الخلية الشمسية استيعابها قبل تبديدها على شكل حرارة ، هناك عوامل أخرى تجعلالخلية الضوئيةأكثر أو أقل كفاءة.

لتكون قادرًا على إطلاق التأثير الكهروضوئي ، يجب أن يحتوي كل فوتون على قدر معين من الطاقة. تعتمد القيمة الدنيا المطلوبة لإحداث التأثير الكهروضوئي على المادة التي تتكون منها الخلية.

يتم تحويل جزء فقط من الطاقة التي ينقلها الفوتون إلى إلكترون الخلية الشمسية إلى كهرباء.

علاوة على ذلك ، لا يتم فصل كل أزواج ثقوب الإلكترون بواسطة الوصلة n-p ، وهو جزء يعاد تجميعه داخل الخلية ، ولا يساعد في تكوين الجهد الكهربائي.

كيف يتم إنتاج التيار الكهربائي بالخلية الشمسية

لتوليد تيار كهربائي ، يجب أن تصل الشحنات المنتشرة في نطاق التوصيل إلى نقاط التلامس المعدنية.

عندما تضرب الطاقة الضوئية الخلية الشمسية ، تتصرف أزواج ثقب الإلكترون داخل حجرة الوصل n - np - p بشكل مشابه لما يمكن أن يحدث في الصمام الثنائي مع مولد التيار بالتوازي.


فيديو: افضل فيديو لشرح عمل الخلية الشمسية - HOW SOLAR CELL WORK (شهر نوفمبر 2021).