Mulți dintre noi au întâlnit cumva elemente solare. Cineva folosit sau utilizează panouri solare pentru a genera electricitate pentru uz casnic, cineva folosește un panou solar mic pentru a încărca gadgetul preferat în domeniu, și cineva a văzut cu siguranță, o celulă solară mic pe calculator. Unii chiar aveau norocul să viziteze o centrală fotovoltaică.
Dar v-ați gândit vreodată cum se desfășoară procesul de transformare a energiei solare în energie electrică? Ce fenomen fizic stă la baza muncii tuturor acestor celule solare? Să ne întoarcem la fizică și să înțelegem în detaliu procesul de generare.
Încă de la început, este clar că sursa de energie este lumina soarelui aici, sau, în limbaj științific, energia electrică obținută prin fotoni de radiații solare. Acești fotoni pot fi gândit ca un flux continuu în mișcare a particulelor elementare solare, fiecare dintre care are energie, și, prin urmare, fluxul de lumină întreaga poartă ceva energie.
De la fiecare metru pătrat al suprafeței Soarelui, radiația de 63 MW este emisă în mod continuu sub formă de radiații! Intensitatea maximă a acestei radiații se încadrează în domeniul undei spectrale vizibile cu o lungime de 400 până la 800 nm.
Deci, cercetatorii au stabilit ca densitatea de flux de lumină a energiei solare departe de soare la pământ în kilometri 149600000, după trecerea prin atmosferă și ajunge la suprafața planetei, medii de aproximativ 900 de wați pe metru pătrat.
Aici puteți lua această energie și să încerce să iasă din ea de energie electrică, care este, de a transforma energia luminii fluxului soarelui - energia în mișcare particule încărcate, pur și simplu pune - în energie electrică.
Pentru a converti lumina în energie electrică, avem nevoie de un convertor fotoelectric. Astfel de convertoare sunt foarte frecvente, ele se găsesc în vânzare liberă, ele sunt așa-numitele celule solare - convertoare fotoelectrice sub formă de plăci de siliciu tăiate din siliciu.
Cel mai bun - un singur cristal, acestea au o eficiență de aproximativ 18%, care este, în cazul în care fluxul fotonic de la soare are o densitate de energie de 900 W / m, este posibil să se aștepte să primească energie electrică de la 160 wați pe metru pătrat al unui acumulator asamblat din astfel de celule.
Un fenomen numit "efectul foto" lucrează aici. Efectul fotoelectric sau efectul fotoelectric este fenomenul emisiei de electroni prin materie (fenomenul de ejecție a electronilor din atomii de materie) sub acțiunea luminii sau a oricărei alte radiații electromagnetice.
Chiar si in 1900, Max Planck, părintele fizicii cuantice, a sugerat că lumina este emisă și absorbită în porțiuni discrete sau cuante, care mai târziu, și anume în 1926, chimistul Gilbert Lewis numesc „fotoni“.
Fiecare foton are o energie care poate fi determinată de formula E = h # 8729; # 957; - Constanta lui Planck înmulțită cu frecvența radiației.
În conformitate cu ideea lui Max Palanca a fost fenomen explicabilă descoperit în 1887 de Hertz, și apoi investigate 1888-1890 Stoletov. Alexander Stoletov a studiat experimental efectul fotoelectric și a stabilit trei legi ale efectului fotoelectric (legile lui Stoletov):
La o compoziție spectrală constantă a incidentului radiației electromagnetice asupra fotocatodul, saturația fotocurentului proporțională cu energia luminoasă a catodului (aka: numărul de fotoelectroni emiși de catod 1 c, este direct proporțională cu intensitatea radiației).
Viteza maximă inițială a fotoelectronelor nu depinde de intensitatea luminii incidente, ci se determină numai prin frecvența sa.
Pentru fiecare substanță există prag fotoelectric, adică frecvența minimă a luminii (în funcție de natura chimică a substanței și starea suprafeței), sub care efectul fotoelectric este imposibilă.
Mai târziu, în 1905, teoria efectului fotoelectric va fi clarificată de Einstein. El va arăta cum teoria cuantică a luminii și legea conservării și transformării energiei explică perfect ceea ce se întâmplă și ce este observabil. Einstein va scrie ecuația efectului fotoelectric, pentru care va primi Premiul Nobel în 1921:
Ieșiți de la muncă A aici este lucrarea minimă pe care un electron trebuie să o facă pentru a lăsa un atom de materie. Al doilea termen este energia cinetică a unui electron după ieșirea lui.
Adică fotonul este absorbit de electronul atomului, astfel încât energia cinetică a electronului din atom crește cu cantitatea de energie a fotonului absorbit.
O parte din această energie este cheltuită pe ieșirea unui electron de la un atom, electronul părăsește atomul și primește libertatea de mișcare. Efectele direcționale în mișcare nu sunt altceva decât un curent electric sau un flux fotocurent. Ca rezultat, putem vorbi despre apariția EMF în materie ca urmare a efectului fotoelectric.
Prin urmare, bateria solare funcționează datorită efectului fotoelectric din acesta. Dar unde se deplasează electronii "bătut" în convertorul fotoelectric? Un convertor fotoelectric sau o celulă sau o celulă fotoelectrică este un semiconductor. prin urmare, efectul fotoelectric în el apare neobișnuit, este un efect fotoelectric intern, și are chiar și un nume special "fotoeffect poarta".
Sub influența luminii solare asupra semiconductorului tranziție p-n și efectul fotoelectric apare apare CEM, dar nu și electronii părăsesc fotocelula, totul se întâmplă în stratul de barieră, atunci când electronii părăsi o parte a corpului, care trece cealaltă porțiune a acesteia.
Siliciul din scoarța pământului este de 30% din masa sa, deci este folosit peste tot. semiconductori de caracteristici, în general, este faptul că acestea nu sunt conductori sau izolatori, conductivitatea lor depinde de concentrația de impurități, temperatura și expunerea la radiații.
Decalajul banda din semiconductor este de mai multe electron-volți, iar aceasta este diferența de energie dintre nivelul superior al benzii de valență a atomilor din care electronii sunt trase afară, iar nivelul inferior al benzii de conducție. În decalajul banda de siliciu are o lățime de 1,12 eV - doar ceea ce este necesar pentru absorbția radiației solare.
Deci, tranziția p-n. Straturile de siliciu dopate din celula fotocelule formează o joncțiune pn. Aici avem o barieră energetică pentru electroni, părăsesc banda de valență și se mișcă doar într-o direcție, în direcția opusă, care se mișcă. Acesta este modul în care se produce curentul din celula solară, adică producerea energiei electrice din lumina soarelui.
P-n joncțiune este expus la fotoni nu permite purtătorilor de sarcină - electroni și goluri - muta altfel decât într-o singură direcție, acestea sunt împărțite și sunt pe părțile opuse ale barierei. Și fiind cuplat la circuitul de sarcină prin intermediul electrozilor superior și inferior, un traductor fotoelectric pentru a fi supus la lumina soarelui, se va crea un curent electric constant într-un circuit extern.
Trimiteți-le prietenilor: