|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Güneş pillerinin çalışma prensibi. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Alternatif enerji kaynakları Birçoğumuz farkında olmasak da güneş ışığından elektrik üretmenin yolu 100 yılı aşkın süredir biliniyor. Fotoelektrik olgusu ilk olarak 1839'da Edmond Becquerel tarafından gözlemlendi. Elektrikle yaptığı birçok deneyinden birinde, iki metal levhayı iletken bir çözeltiye yerleştirdi ve tesisi güneş ışığıyla aydınlattı. Bu süreçte bir elektromotor kuvvetinin (EMF) üretildiğini görünce çok şaşırdı. Bu tesadüfi keşif, Willoughby Smith'in bir selenyum plakası ışıkla ışınlandığında benzer bir etki keşfettiği 1873 yılına kadar fark edilmedi. Ve ilk deneyleri kusurlu olsa da, yarı iletken güneş pilleri tarihinin başlangıcı oldu. Yeni enerji kaynakları arayışında olan Bell Labs, günümüzün fotovoltaik dönüştürücülerinin öncüsü haline gelen silikon güneş pilini icat etti. Sadece 50'li yılların başında. güneş pili nispeten yüksek bir mükemmellik derecesine ulaşmıştır. Yarı iletkenler teorisinin temelleri Silikon, modern elektronikteki ana yarı iletken malzemedir. Modern güneş pillerinin çoğu da silikondan yapılır. Yarı iletken, ne iyi bir iletken ne de iyi bir yalıtkan olmayan bir maddedir. Örneğin bakır mükemmel bir iletkendir, kapsamı çok geniştir. Elektrik enerjisinin bir yerden başka bir yere taşınması gereken her yerde bakır vazgeçilmez bir yardımcıdır. Aynı şey alüminyum için de söylenebilir. Öte yandan, cam ihmal edilebilir bir elektrik iletkenliğine sahiptir, ancak iyi bir yalıtkandır. Elektrik akımının yolunu kapatmanız gerekirse, bir cam yalıtkan bu sorunu başarıyla çözecektir. Bu arada ilk telefonlardaki direk parçalarının yalıtkanları camdandı.
Yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği bu iki sınırlayıcı durum arasında yer alır. Bazı uygulamalarda yarı iletkenler iletken, bazılarında ise yalıtkan görevi görebilir. Bununla birlikte, saf silikon hala yalıtkanlara daha yakındır ve elektriği çok zayıf iletir. Bunun nedeni, kristal yapısının özelliğinden kaynaklanmaktadır. Silikon atomları, sözde değerlik elektronlarının yardımıyla birbirine bağlanır. Bu bağlantıları "eller" olarak düşünmek en iyisidir. Her silikon atomunun dört kolu vardır. Silikon atomları çok "sosyaldir", yalnızlığı sevmezler. Bu nedenle çevrelerindeki atomlarla "el" tutmaya çalışırlar. Her atomun, komşularının "ellerini" tuttuğu dört "eli" olduğundan, birlikte Şekil 1'de gösterilen kafesi oluştururlar. XNUMX. Sonuç olarak, atomun dört "kolunun" tamamı işgal edilmiştir. Sonuç olarak, böyle bir yapıda serbest elektron ("eller") yoktur ve serbest elektronlar olmadan elektrik akımı pek mümkün değildir. Elektroniğin ihtiyaçları için bu durum kabul edilemez. Akımın akması için kristalin serbest elektronlara sahip olması gerekir. Bu, safsızlıkların orijinal maddeye dahil edilmesiyle elde edilir. Bu işleme doping denir. yarı iletken doping Diyelim ki kristal yapımızdaki bir silisyum atomunu alıp değerliliği beşe eşit (yani beş "kollu") bir atomla değiştirelim. Örneğin, böyle bir atom bir bor atomudur. komşular" ve onlarla "el ele" tutuşarak, bu atom yakında bir "elinin" serbest olduğunu keşfedecektir. (Yazar yanılıyor - beş değerlikli fosfor atomları donör (serbest elektron kaynağı) olarak kullanılıyor), ve silikon kristal pozitif yüklere (delikler) girmenize izin veren alıcılar olarak, üç değerlik ile karakterize edilen bor atomları kullanılır. - Yaklaşık. ed.)
Bu ilgisiz "el", serbest bir elektrondan başka bir şey değildir. Bor atomu, beş "kolundan" dördünün - elektronlarının işgal edildiğinden aşağı yukarı memnun olduğundan, beşincinin kaderi hakkında özellikle endişelenmez. En ufak bir bozulmada, elektron "kırılacaktır". Dopingin özü budur. Kristale ne kadar çok safsızlık katarsak, içinde o kadar çok serbest elektron olacak ve silikon elektrik akımını o kadar iyi iletecektir. Doping sırasında ters işlem de gerçekleşebilir. Silisyum atomunun yerini fosfor gibi üç değerlikli bir atom alırsa, yapımızda sözde bir delik oluşur. Sonuç olarak, kristalde bir elektron eksikliği vardır ve onları kolayca kafesine kabul edecektir. Böyle bir yapıda atomlar elektronları yakalamaya çalıştıkları için oluşan boşluklar elektronsuz yapı içerisinde hareket edecektir. Aslında, elektronlar delikten deliğe hareket eder ve böylece elektriği iletir. Güneş pili üretimi Şimdi, elektron eksikliği olan katkılı bir silikon kristali ile fazla elektronu olan katkılı bir kristali alıp bir araya getirirseniz, bir şeylerin olması gerektiğini düşünebilirsiniz.
İki kristal arasındaki yakın mekanik temasla, yüzeye yakın bölgelerdeki atomlar birbirlerine o kadar yaklaşırlar ki, fosfor atomları ekstra elektronlarını kolayca verir ve boron atomları onları kolayca kabul eder. Sonuç olarak, kristalin elektriksel dengesi geri yüklenir. Ancak kristallerin çok katı bir yapıya sahip olduğunu unutmayın, bu nedenle değişim yalnızca birbiriyle en yakın temas halinde olan atomlar arasında gerçekleşir. Bu temas alanının kalınlığı birkaç atomun boyutunu geçmez ve yarı iletkenin hacmi değişmeden kalır. Tabii ki, bu etkiyi elde etmek için iki parça silikonu birleştirmekten daha fazlası gerekiyor. Silikon en yaygın olarak yüksek sıcaklıkta bir difüzyon işlemi kullanılarak katkılanır. Sonuç olarak, yarı iletkenin derinliğindeki bölgeler arasındaki sınırda, farklı safsızlıklarla katkılanmış, pn bağlantısı adı verilen hiper ince bir arayüz bölgesi oluşur. Işığın elektriğe dönüşümü bu bölgede gerçekleşir. Foton adı verilen bir ışık parçacığı, yeterli enerjiyle bir pn bağlantısına çarptığında, bir elektronu dışarı atar ve onu serbest, yani hareket edebilir hale getirir. Fotonun enerjisi daha sonra elektrona aktarılır. Bu durumda kristal kafeste bir delik oluşur. Geçiş bölgesinin dengeyi koruma eğiliminde olduğu akılda tutulmalıdır. Fotoiyonizasyon adı verilen bu süreç, yalnızca pn bağlantı bölgesinde değil, aynı zamanda kristalin güneş ışığının nüfuz ettiği, serbest yük taşıyıcıları - bir elektron ve bir delik - oluşturmak için gerekli olan yeterince büyük bir enerjiye sahip olan herhangi bir başka bölümünde de meydana gelir. N-tipi malzemede deliklerin olmaması, p-tipi malzemede ise elektronların olmaması nedeniyle delik ve elektron birbirinden ayrılarak farklı yönlerde göç ederler. Ama artık denge bozuldu. Bir fotonun enerjisini alan bir elektron, antipodu (deliği) ile yeniden bağlanmaya çalışır ve enerjisini buna harcamaya hazırdır. Ne yazık ki, pn kavşağı, elektronun üstesinden gelemeyeceği potansiyel bir engeldir. Ancak p ve n tipi iletkenlerin olduğu bölgeleri bir iletkenle bağlarsak, bu engel başarıyla aşılır ve elektron "arka kapıdan" deliğine "geçer". Bu durumda elektron enerjisini bizim kullandığımız yol boyunca harcar. Güneş pili özellikleri pn kavşağı, elektronların hareketine karşı zorlu bir engeldir. Ancak karşı konulmaz olarak adlandırılamaz. Bir elektronun bir fotondan aldığı enerji, genellikle bu engeli aşması ve bir deliğe bağlanması için yeterli değildir, ancak bu her zaman böyle değildir.
pn bağlantısının potansiyel bariyer yüksekliği yaklaşık 600 mV'dir (0,6 V). 600 mV'un üzerindeki enerjilere sahip elektronlar bu duvara "tırmanabilir" ve emilebilir. Bu nedenle, bir güneş pilinin geliştirebileceği maksimum voltaj 600 mV'dir. Ancak gerçek değer, yarı iletken malzemenin tipine ve güneş pilinin tasarımına bağlıdır.
Bir yükü bir güneş hücresine bağlamak, daha enerjik olanlar da dahil olmak üzere bazı elektronların enerjisini azaltır. Sonuç olarak, güneş pilinin toplam voltajı ve pn-kavşak bariyerini aşabilecek elektron sayısı azalır. Yük direnci arttıkça, içinden artan sayıda elektron "dışarı pompalanacak" ve voltaj daha da düşecektir. Ancak bir noktada garip bir şey olur. 450 mV'de (0,45 V), voltaj düşmeye devam etse bile akım (elektron akısı) artmayı durdurur. Akıntının "platosuna" ulaşılır. Bu fenomen, pn kavşağında meydana gelen sonlu sayıda fotonlardan kaynaklanmaktadır. Pn bağlantısına ne kadar çok foton ulaşırsa, o kadar çok elektron salındığı bilinmektedir. Daha fazla foton - daha fazla akım. Bununla birlikte, pn bağlantısına giren her fotonun tam anlamıyla kullanıldığı ve serbest elektron sayısının ve dolayısıyla akımın artık artmadığı bir zaman gelir. Bu, güneş pilinin özelliğinde bir "plato" görünümüne karşılık gelir. Tabii ki, serbest elektronların sayısı da yüzey alanına ve ışık yoğunluğuna bağlıdır. Açıkçası, hücre alanı arttıkça daha fazla foton yakalanır ve akım artar. Benzer şekilde, ışık şiddeti arttıkça belirli bir alandaki fotonların konsantrasyonu artar ve bu da akımı artırır. güneş pili verimliliği Genellikle yeryüzüne ulaşan güneş ışığının ortalama şiddeti 100 mW/cm2 olarak alınır. Yani 10x10 cm2'lik bir güneş pili teorik olarak 10 watt güç üretmelidir. Ne yazık ki, hiçbir güneş pili böyle bir gücü üretemez ve üretmeyecektir: her zaman kayıplar olacaktır. Şimdiye kadar elde edilen en yüksek verimlilik (verimlilik faktörü) (ve o zaman bile deney laboratuvarındaki kademeli fotosellerle) yaklaşık %30'dur. Geleneksel bir silikon güneş pilinin verimliliği %10-13 arasında değişmektedir. 100 cm2 alana sahip bir eleman yaklaşık 1 watt güç üretebilir. Tabii ki, bir güneş pilinin verimliliği, aralarında en önemlisi ortam sıcaklığındaki değişimin olduğu birçok faktöre bağlıdır. Sıcaklık arttıkça kristal kafes uyarılır ve atomları daha yoğun titreşir. Bu da yapı içindeki elektronların enerji seviyesinin artmasına neden olur. Zamanla, elektronların enerji seviyesi, çoğu pn bağlantısının potansiyel engelini aşabilecek kadar yükseldiğinde, yarı iletkende rekombinasyon keskin bir şekilde artar. Bu da ızgara toplayıcılara ulaşan elektron sayısının azalmasına ve yükteki elektrik akımının azalmasına neden olur. Öte yandan, düşük sıcaklık, fotoelektrik etkinin gerçek artışına katkıda bulunur. Artan sıcaklıkla güneş pillerinin veriminin düşmesinin temel nedeni, hücre tarafından üretilen voltajın düşmesine neden olan pn-bağlantısının potansiyel bariyer değerinin azalmasıdır. Yazar: Byers T.
Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu
05.05.2024 Primium Seneca klavye
05.05.2024 Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi açıldı
04.05.2024
▪ Windows 8'li tüm ultrabook'lar - dokunmatik yüzeyler ▪ Lineer Voltaj Regülatörü LT3021 ▪ Mikrodenetleyiciler için 28nm Gömülü Flaş
▪ saha bölümü Gerilim stabilizatörleri. Makale seçimi ▪ François René de Chateaubriand'ın makalesi. Ünlü aforizmalar ▪ makale Thomson TV'lerin işlevsel bileşimi. dizin ▪ makale Kısa dalga alıcı-verici Ural D-4. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri