Подробное объяснение принципа работы кремниевого солнечного элемента

Знакомство с кремниевой солнечной батареей

Si Si, атомный номер 14, атомный вес 28,0855, с кристаллическим и аморфным кремнием в двух формах. Солнечная энергия - это неисчерпаемый возобновляемый источник энергии. Это чистая энергия, не вызывающая загрязнения окружающей среды.

В эффективном использовании солнечной энергии; использование солнечной фотоэлектрической энергии является самым быстрорастущим в последние годы, наиболее активными областями исследований, является одним из самых громких проектов.

Классификация кремниевых солнечных элементов

Производство солнечных элементов основано в основном на полупроводниковых материалах, принцип их работы заключается в использовании реакции фотоэлектрического фотоэлектрического преобразования, после чего материал поглощает световую энергию в соответствии с различными материалами, солнечный элемент можно разделить на:

1, кремниевый фотоэлемент;

2, неорганические соли, такие как соединение арсенида галлия III -v, сульфид кадмия, различные соединения меди, индия, селена для таких материалов, как аккумулятор;

3, солнечные элементы приготовления функциональных полимерных материалов;

4, нанокристаллические солнечные элементы и т. Д.

A, кремниевые солнечные элементы

1. Принцип работы и структура кремниевых солнечных элементов

Принцип генерации энергии солнечных элементов - это в основном полупроводниковый фотоэлектрический эффект, общая основная структура полупроводника выглядит следующим образом:

Кремний - это своего рода полупроводниковый материал, принцип выработки энергии солнечных элементов заключается в основном в использовании полупроводникового фотоэлектрического эффекта. Как правило, молекулярная структура полупроводника выглядит следующим образом:

Сказано, что атомы кремния имеют отрицательный заряд около четырех электронных рядом с атомами кремния.

При смешивании с другими примесями в кристалле кремния, такими как бор (твердое вещество серебра или черного цвета, точка плавления 2300 ℃, точка кипения 3658 ℃, плотность 2,34 г / см, твердость уступает только алмазу, относительно стабильна при комнатной температуре, с азот, углерод, кремний, высокотемпературный бор также вступают в реакцию со многими металлами и оксидами металлов, боридами металлов. Эти соединения обычно обладают высокой твердостью, тугоплавкостью, высокой электропроводностью и химической инертностью материала.) Фосфор и др. при смешивании с бором. Если в кристалле кремния будет отверстие в его формировании, обратитесь к деталям ниже:

Сказано, что атомы кремния имеют отрицательный заряд вокруг четырех электронных атомов рядом с атомами кремния, а желтый означает добавление атомов бора, только три электрона вокруг из-за атомов бора, поэтому можно образовать, как показано в синей дыре, дырку, потому что нет электронных и становятся очень нестабильными и легко поглощают электроны, образуя полупроводник P-типа).

, что такое полупроводник p-типа (с? В полупроводниковом материале кремний или кристаллы германия, легированные примесью триады, могут составлять отсутствие оболочечного зерна полупроводника p-типа, примеси, смешанные с ценой пяти элементов, могут образовывать избыточное оболочечное зерно n-типа полупроводник.)

Точно так же добавление атомов фосфора, поскольку атомы фосфора состоят из пяти электронов, электрон становится очень активным, образуется полупроводник N-типа (отрицательный). Желтые ядра фосфора, красные для избыточных электронов,

Полупроводник P-типа содержит больше дырок, а полупроводник n-типа содержит больше электронов, поэтому, когда полупроводники p-типа и n-типа вместе образуют контактную разность потенциалов, это PN-переход.

Когда полупроводники p-типа и n-типа вместе в двух типах области раздела полупроводников образуют специальный тонкий слой, сторона p-типа границы раздела заряжена отрицательно, а сторона N положительно заряжена. Это связано с тем, что полупроводник p-типа дырка, полупроводник n-типа больше свободных электронов, разница концентраций. P дырка будет зоной спонтанной диффузии к N, N электрон будет самопроизвольно распространяться на зону P, в результате электронов и дырок, исходное рендеринг нейтрального обогащения Полупроводник p-типа около границы раздела имеет отрицательный заряд (как часть диффузии дырок в область N), аналогично исходной передаче нейтрального обогащения полупроводника n-типа около границы раздела - положительный заряд (как часть диффузии электронов в область N). P области), образуя N к P «внутри электрического поля», чтобы предотвратить распространение электронов и дырок. Достигнув баланса, затем формируется специальный тонкий слой разности потенциалов, образуя pn переход. После t Микросхема за светом, pn переход, полупроводниковое отверстие N-типа перемещают область P-типа, а электроны перемещают N-область области P-типа, таким образом формируя ток из области n-типа в область P. А затем начал формироваться в PN. разность потенциалов перехода, это создает блок питания. Вот такой блок питания.

Из-за того, что полупроводники не являются хорошими проводниками электричества, электроника, если после прохождения через pn-переход в полупроводнике сопротивление очень велико, потери очень велики. Но если в верхней части полностью окрашенный металл, солнце не может пройти, ток не может генерироваться, поэтому обычно закрывайте pn переход металлической сеткой (как показано на рисунке гребенчатым электродом), чтобы увеличить площадь падающего света.

Другая силиконовая поверхность очень легкая, отражающая много солнечного света, не может использоваться батарея. Для этого ученые придают ей покрытый слоем защитной пленки коэффициент отражения очень мал, основан на реальном промышленном производстве с использованием химического пара осаждение нанесло слой пленки нитрида кремния, толщиной около 1000. Чтобы уменьшить потери на отражение до 5% или меньше. Батарея может обеспечивать ток и напряжение, в конце концов, ограничено, поэтому у людей будет много батареи (обычно 36) используются параллельно или последовательно солнечные фотоэлектрические панели.

2. процесс производства кремниевых солнечных элементов

Обычно это солнечные элементы из кристаллического кремния толщиной 350 ~ 450 микрон, изготовленные из высококачественного кремния, включая кремниевые пластины, полученные подъемником или распилом на отливке кремниевых слитков.

Фактическое потребление кремниевого материала больше. В целях экономии материала подготовка поликристаллических кремниевых тонкопленочных батарей методом химического осаждения из паровой фазы, в том числе методом химического осаждения из паровой фазы под низким давлением (LPCVD) и методом плазменного химического осаждения из паровой фазы (PECVD). Кроме того, метод жидкофазной эпитаксии (LPPE) и осаждения распылением также может быть использован для изготовления поликристаллических кремниевых тонкопленочных батарей.

Во-вторых, химия солнечных элементов с нанометровым кристаллом

В солнечных элементах кремниевые солнечные элементы, несомненно, являются наиболее зрелой разработкой, но из-за высокой стоимости они далеко не могут удовлетворить требования широкомасштабной популяризации и применения. Поэтому люди постоянно занимались технологиями, новыми материалами, мембранами элементов и исследованиями. на такие аспекты, как и недавняя разработка нанометрового кристалла TiO2 солнечных элементов химической энергии, привлекла внимание отечественных и зарубежных ученых.

Например, для окрашивания сенсибилизированных нанокристаллических солнечных элементов (DSSC) батарея в основном включает стеклянные подложки, покрытые прозрачной проводящей пленкой, сенсибилизированный красителем полупроводниковый материал, электрод и электролит и так далее.

Анод: сенсибилизированная красителем полупроводниковая пленка (пленка TiO2)

Катод: проводящее стекло с платиновым покрытием

Электролит: I3 / I

Как показано, белый шар сказал TiO2, красный шар сказал молекулы красителя. Молекулы красителя для поглощения энергии солнечного света переходят в возбужденное состояние, возбужденные состояния, электронные быстро переходят в зону проводимости TiO2, потерянные электроны краситель быстро получают компенсацию от электролита в зону проводимости TiO2, чтобы в итоге образовалась проводящая пленка, а затем через внешний контур генерировался фототок.

Преимущества нанокристаллических солнечных элементов TiO2 - это их дешевая стоимость, простой процесс и стабильная производительность. Стабильный фотоэлектрический КПД более 10%, производственные затраты только 1/5 ~ 1/10 для кремниевых солнечных элементов. Срок службы может достигать более 20 лет. Но в результате исследований и разработок такие батареи, по оценкам, в ближайшем будущем постепенно вышли на рынок.

Три сенсибилизированных красителем солнечных элемента из TiO2, сделанные вручную

1. Производство пленки диоксида титана.

(1) первое измельчение порошка диоксида титана в ступке с клеем

(2), а затем медленно с помощью стеклянного стержня в проводящем покрытии на стекле.

(3) поместите мембрану tio2 в спекание спиртовой лампы на 10-15 минут, а затем охлаждение

2. Использование натуральных красителей для окрашивания диоксида титана.

Свежая или замороженная ежевика, зерно граната или черный чай, добавьте столовую ложку воды и экструзию, затем покрасьте пленку tio2, это займет около 5 минут, пока пленка не станет темно-фиолетовой, если пленка с обеих сторон цветная неровный, можно замочить на 5 минут, затем промыть спиртом и аккуратно высушить мягкую бумагу.

3. Производство положительного электрода.

С помощью красителя TiO2 для электронного потока полюса (катода). Положительный электрод может быть изготовлен из проводящей поверхности из проводящего стекла (пленка SnO2, покрытая проводящим слоем), с помощью простого мультиметра можно определить, может ли стеклянная сторона быть проводящей, также можно использовать пальцы Сделайте выводы, проводящая поверхность шероховатая. Как показано, другая проводящая поверхность отмечена знаком «+», затем используйте карандаш для проводящей поверхности, равномерно покрытой слоем графита.

4. Присоединяйтесь к электролиту.

Используя ион йода в растворе в качестве электролита батареи солнечной энергии, он в основном используется для восстановления и регенерации красителя. Как показано на пленке tio2 на поверхности, добавьте от одной до двух капель электролита.

5. Аккумулятор в сборе

После того, как цвет пленки диоксида титана направлен вверх на столе, одна-две капли на мембране, содержащей йод и йод-ионный электролит, затем в положительный электрод, проводящий вниз на пленке tio2. Шатаясь, два куска стекла слегка зажимают двумя зажимами. батареи, часть двух кусков стекла, открытая для соединения проводов. Таким образом, ваш солнечный элемент сделан.

6. Батарея тестов

Вне солнца, чтобы проверить, могут ли ваши солнечные элементы генерировать электрический ток.

состав

Сказано, что атомы кремния имеют отрицательный заряд около четырех электронных рядом с атомами кремния.

При смешивании с другими примесями в кристалле кремния, такими как бор, фосфор и т. Д., При смешивании с бором кристалл кремния будет иметь отверстие в его образовании, см. Ниже:

Сказано, что атомы кремния имеют отрицательный заряд около четырех электронов рядом с атомами кремния. И желтый сказал, что добавление атомов бора, только три электрона вокруг из-за атомов бора, поэтому может образоваться голубая дыра.

Когда полупроводники p-типа и n-типа вместе в двух типах областей раздела полупроводников образуют тонкий слой специального) .N, электрон будет распространяться на P, P, дырка будет распространяться на область N, как только будет сформирована диффузия с N на P «внутри электрического поля», чтобы предотвратить распространение. Пока после достижения баланса не образуется особая тонкая разность потенциалов формирования слоя, это PN-переход.

Из-за того, что полупроводники не являются хорошими проводниками электричества, электроника после прохождения через pn переход течет в полупроводник, поэтому обычно закрывают pn переход металлической сеткой (как показано на рисунке гребенчатым электродом), чтобы увеличить площадь падающего света.

Другая силиконовая поверхность очень легкая, отражающая много солнечного света, нельзя использовать батареи, ученые считают, что она покрыта слоем защитной пленки, коэффициент отражения очень мал.

Принцип работы кремниевых солнечных элементов

Солнечные элементы - это световые элементы, которые могут преобразовывать энергию света в электрические устройства.Можно производить материал, есть много видов фотоэлектрического эффекта, таких как: монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, аморфный кремний, арсенид галлия, селен меди, индия и т. Д. Их принцип генерации энергии в основном тот же, теперь в кристаллическом кремнии, например, для описания процесса генерации света. Кристаллический кремний P-типа после легированного фосфора доступен кремний N-типа, образуя pn-переход.

Когда световая поверхность солнечного элемента, часть фотонов поглощается кремниевым материалом; передача энергии фотона к атому кремния, делает электронику более подвижной, концентрация свободных электронов по обе стороны от pn-перехода формирует разность потенциалов, когда внешняя схема обработки под под действием напряжения через внешнюю цепь будет протекать ток, производящий выходную мощность. Суть этого процесса заключается в том, что энергия фотона превращается в электричество.

Производственный процесс

Химическое осаждение из паровой фазы в основном SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4 или SiH4, в качестве реакционного газа, реакция в определенной защитной атмосфере атомов кремния и осаждение при нагревании подложки, материал подложки обычно выбирают Si, SiO2, Si3N4 и т. Д. Исследование показало, что в кремниевой подложке трудно сформировать зерна большего размера и легко сформироваться в межзерновом пространстве. Решение этой проблемы заключается в использовании LPCVD сначала на подложке, нанесении тонкого слоя аморфного кремния, а затем аморфного кремния. слой отжига, получить больший размер зерна, а затем на слой толщины осаждения затравочных кристаллов тонкой пленки поликристаллического кремния, в результате технология перекристаллизации, несомненно, очень важное звено, основная технология метода твердофазной кристаллизации и перекристаллизация центрального плавления Метод. Поликристаллические кремниевые тонкопленочные батареи в дополнение к процессу перекристаллизации используют почти все другие технологии подготовки. солнечных элементов из монокристаллического кремния, что, очевидно, улучшает эффективность преобразования солнечных элементов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.