Explicación detallada del principio de funcionamiento de la célula solar de silicio

La introducción a la batería solar de silicio

Si Si, número atómico 14, peso atómico de 28.0855, con silicio cristalino y amorfo en dos formas. La energía solar es energía renovable inagotable. Es energía limpia, no causa ninguna contaminación ambiental.

En el uso efectivo de la energía solar, la utilización de la energía solar fotovoltaica es el de más rápido crecimiento en los últimos años, las áreas de investigación más activas, es uno de los proyectos de más alto perfil.

Clasificación de células solares de silicio

La producción de células solares se basa principalmente en materiales semiconductores, su principio de funcionamiento es utilizar la reacción de conversión fotoeléctrica fotoeléctrica, después del material para absorber energía luminosa de acuerdo con diferentes materiales, la célula solar se puede dividir en:

1, célula solar de silicio;

2, sales inorgánicas, tales como arseniuro de galio III-compuesto v, sulfuro de cadmio, compuestos diversos de cobre, indio, selenio para materiales tales como baterías;

3, células solares de la preparación de materiales poliméricos funcionales;

4, células solares nanocristalinas, etc.

A, células solares de silicio

1.Principio y estructura de funcionamiento de las células solares de silicona

El principio de la generación de energía de la célula solar es principalmente el efecto fotoeléctrico de semiconductores, la estructura principal de semiconductores general es la siguiente:

El material de silicio es un tipo de material semiconductor, el principio de la generación de energía de la célula solar es principalmente el uso del efecto fotoeléctrico semiconductor.En general, la estructura molecular del semiconductor es así:

Dicho de los átomos de silicio, carga negativa alrededor de cuatro electrónicos junto a los átomos de silicio.

Cuando se mezcla con otras impurezas en el cristal de silicio, como el boro (sólido plateado o negro, punto de fusión 2300 ℃, punto de ebullición 3658 ℃, la densidad de 2,34 g / cm, la dureza es superada solo por el diamante, relativamente estable a temperatura ambiente, con nitrógeno, carbono, silicio, boro a alta temperatura también reaccionan con muchos metales y óxidos metálicos, boruro metálico.Estos compuestos suelen ser de alta dureza, refractarios, alta conductividad eléctrica e inercia química del material.) Fósforo, etc., cuando se mezclan con boro , el cristal de silicio si hay un agujero en la formación del mismo puede consultar los detalles a continuación:

Dijo dicho de los átomos de silicio, carga negativa alrededor de cuatro electrónicos al lado de los átomos de silicio, y amarillo dijo que agregando átomos de boro, solo tres electrones alrededor debido a los átomos de boro, por lo que se puede producir como se muestra en el agujero azul, el agujero porque no hay componentes electrónicos. y se vuelven muy inestables y fáciles de absorber electrones, formando semiconductores tipo P).

, ¿qué es un semiconductor de tipo p (con? En el material semiconductor cristales de silicio o germanio tríada dopada, las impurezas pueden constituir una falta de grano de la cáscara del semiconductor de tipo p, las impurezas mezcladas con el precio de cinco elementos pueden formar un grano de cáscara redundante de tipo n semiconductor.)

De manera similar, al agregar átomos de fósforo, debido a que los átomos de fósforo son cinco electrones, habrá una formación electrónica que se volverá muy activa, de semiconductor tipo N (negativo). Núcleos de fósforo amarillo, rojo para el exceso de electrones,

El semiconductor de tipo P contiene más agujeros, y el semiconductor de tipo n contiene más electrones, de modo que cuando el semiconductor de tipo py el semiconductor de tipo n juntos formarán una diferencia de potencial de contacto, esta es la unión PN.

Cuando los semiconductores de tipo py de tipo n juntos en dos tipos de área de interfaz de semiconductores forman una capa delgada especial, el lado de tipo p de la interfaz tiene carga negativa y el lado N de carga positiva. Esto se debe a que el semiconductor de tipo p agujero, semiconductor de tipo n más electrones libres, la diferencia de concentración. P el agujero será el área de difusión espontánea a N, N el electrón se extenderá espontáneamente al área P, como resultado de los electrones y agujeros, el enriquecimiento neutral de la representación original de El semiconductor de tipo p cerca de la interfaz es una carga negativa (como parte de la difusión del agujero al área N), similar al enriquecimiento neutral de la representación original del semiconductor de tipo n cerca de la interfaz es una carga positiva (como parte de la difusión de electrones a Área P), formando un N a P "dentro del campo eléctrico", a fin de evitar la propagación de electrones y huecos. Alcanzar el equilibrio, luego formó una diferencia de potencial de formación de capa delgada especial, formando una unión pn. El chip por luz, unión pn, el orificio del semiconductor tipo N mueve el área de tipo P, y los electrones mueven el área N del área de tipo P, formando así la corriente desde el área de tipo n al tipo P. Y luego comenzó a formarse en PN diferencia de potencial de unión, esto crea una fuente de alimentación. Aquí hay una fuente de alimentación.

Debido a que los semiconductores no son buenos conductores de electricidad, la electrónica si después de la unión pn fluye en el semiconductor, la resistencia es muy grande, la pérdida es muy grande. Pero si en la parte superior todo el metal pintado, el sol no puede pasar, la corriente no podrá producir, por lo que generalmente cubra la unión pn con una rejilla metálica (como se muestra en la figura del electrodo de peine), para aumentar el área de la luz incidente.

Otra superficie de silicio es muy ligera, se refleja en una gran cantidad de luz solar, no se puede usar la batería.Para ello, los científicos la dan recubierta con una capa de película protectora de coeficiente de reflexión es muy pequeña, se basa en la producción industrial real utilizando vapor químico. La deposición depositó una capa de película de nitruro de silicio, con un espesor de alrededor de 1000.Para reducir la pérdida por reflexión al 5% o menos.Una batería puede proporcionar corriente y voltaje, después de todo, es limitado, por lo que la gente será mucha batería (típicamente 36) utilizados en paralelo o en serie, paneles solares fotovoltaicos.

2.Proceso de producción de células solares de silicona

Por lo general, las células solares de silicio cristalino tienen un espesor de 350 ~ 450 micrones, hechas de silicio de alta calidad, incluidas las obleas de silicio del levantamiento o aserrado en fundición de lingotes de silicio.

El consumo real de material de silicio más.Para ahorrar material, la preparación de baterías de película delgada de silicio policristalino mediante el método de deposición química de vapor, incluida la deposición química de vapor a baja presión (LPCVD) y el proceso de técnica de deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD). Además, el método de epitaxia en fase líquida (LPPE) y deposición por pulverización catódica también podría usarse para la preparación de baterías de película delgada de silicio policristalino.

En segundo lugar, la química de las células solares de cristal nanométrico

En la célula solar, la célula solar de silicio es sin duda el desarrollo más maduro, pero debido a que el costo es alto, no puede satisfacer el requisito de popularización y aplicación a gran escala. Por lo tanto, la gente ha estado constantemente en tecnología, nuevo material, membrana celular y exploración. sobre los aspectos, tales como, y el desarrollo reciente de las células solares de energía química de cristal de nanómetro TiO2 han llamado la atención de los científicos nacionales y extranjeros.

Para teñir células solares nanocristalinas sensibilizadas (DSSC) como ejemplo, la batería incluye principalmente la película conductora transparente recubierta de sustratos de vidrio, material semiconductor sensibilizado con tinte, el electrodo y electrolito y así sucesivamente en varias partes.

Ánodo: película semiconductora sensibilizada con colorante (película de TiO2)

Cátodo: vidrio conductor platino

Electrolito: I3 / I

Como se muestra, la bola blanca dice TiO2, la bola roja dice moléculas de colorante. Las moléculas de colorante para absorber la energía de la luz solar pasan al estado excitado, estados excitados, electrónicos rápidamente en adyacentes a la banda de conducción de TiO2, el tinte de electrones perdidos obtiene rápidamente una compensación de la electrolito, en la banda de conducción de TiO2 de la electricidad para terminar en una película conductora, y luego a través del bucle exterior generado fotocorriente.

Las ventajas de las células solares nanocristalinas de TiO2 es su costo económico, su proceso simple y su rendimiento estable. Su eficiencia fotoeléctrica estable superior al 10%, los costos de producción son solo 1/5 ~ 1/10 para las células solares de silicio. La vida puede alcanzar más de 20 años. Pero como resultado de la investigación y el desarrollo de este tipo de baterías, se estima que en un futuro próximo poco a poco irán saliendo al mercado.

Tres células solares de TiO2 sensibilizadas con colorante hechas a mano

1. La producción de película de dióxido de titanio.

(1) la primera molienda de polvo de dióxido de titanio en un mortero con adhesivo

(2) y luego lentamente con una varilla de vidrio en revestimiento conductor sobre el vidrio

(3) coloque la membrana tio2 en la sinterización de la lámpara de alcohol en 10 ~ 15 minutos y luego enfríe

2. El uso de tintes naturales para el color del dióxido de titanio.

Mora fresca o congelada, venga, semilla de granada o té negro, agregue una cucharada de agua y extrusión, luego coloque la película tio2 en color, tomará aproximadamente 5 minutos, hasta que la película adquiera un color púrpura oscuro, si ambos lados de la película son de color desigual, se puede poner en remojo durante 5 minutos, luego enjuagar con alcohol y secar suavemente el papel suave.

3. La producción de electrodo positivo.

Con tinte TiO2 para el flujo electrónico de un polo (cátodo) .El electrodo positivo puede estar hecho de una superficie conductora de vidrio conductor (película de SnO2 recubierta con una capa conductora), usando un multímetro simple puede juzgar que el lado del vidrio puede ser conductor, use sus dedos también Haga juicios, la superficie conductora es rugosa. Como se muestra, la otra superficie conductora marcada con "+", luego use un lápiz en la superficie conductora recubierta uniformemente con una capa de grafito.

4. Únete al electrolito

Usando iones de yodo en la solución como un electrolito de batería de energía solar, se usa principalmente para la reducción y regeneración de tinte., Como se muestra en la película de tio2 en la superficie, agregue una o dos gotas de electrolito.

5. Conjunto de batería

Después del color de la película de dióxido de titanio boca arriba sobre la mesa, una o dos gotas en la membrana que contiene yodo y electrolito de iones de yodo, luego en el electrodo positivo conductor que mira hacia abajo en la película de tio2. las baterías, parte de las dos piezas de vidrio expuestas para conectar los cables. De esta manera, se hace tu celda solar.

6. La batería de pruebas

Fuera del sol, para probar si sus células solares pueden generar corriente eléctrica.

estructura

Dicho de los átomos de silicio, carga negativa alrededor de cuatro electrónicos junto a los átomos de silicio.

Cuando se mezcla con otras impurezas en el cristal de silicio, como boro, fósforo, etc., cuando se mezcla con boro, el cristal de silicio presenta un agujero en la formación del mismo. Puede consultar a continuación:

Dijo que de los átomos de silicio, carga negativa alrededor de cuatro electrónicos al lado de los átomos de silicio. Y amarillo dijo que agregando átomos de boro, solo tres electrones alrededor debido a los átomos de boro, por lo que se puede producir un agujero azul.

Cuando los semiconductores de tipo py de tipo n juntos en dos tipos de área de interfaz de semiconductores formarán una capa delgada de especial) .N el electrón se extenderá a P, P el agujero se extenderá al área N, una vez que se forme la difusión por un N a P "dentro del campo eléctrico", a fin de evitar la proliferación. Hasta después de alcanzar el equilibrio, se ha formado una diferencia de potencial de formación de capa delgada especial, esta es la unión PN.

Debido a que los semiconductores no son buenos conductores de electricidad, la electrónica pasa a través del flujo de unión pn en el semiconductor, por lo que generalmente cubre la unión pn con rejilla metálica (como se muestra en la figura electrodo de peine), para aumentar el área de la luz incidente.

Otra superficie de silicio es muy liviana, se refleja en mucha luz solar, no se pueden usar baterías, los científicos la dan recubierta con una capa de película protectora de coeficiente de reflexión es muy pequeña.

El principio de funcionamiento de las células solares de silicio.

La celda solar es una luz que tiene respuesta y puede convertir la energía de la luz en dispositivos eléctricos.Puede producir el material, hay muchos tipos de efectos fotovoltaicos, como: silicio monocristalino, silicio policristalino, silicio amorfo, arseniuro de galio, selenio de indio de cobre, etc. Su principio de generación de energía es el mismo básico, ahora en silicio cristalino, por ejemplo para describir el proceso de generación de energía ligera. Silicio cristalino tipo P después de fósforo dopado disponible silicio tipo N, formando una unión pn.

Cuando la superficie de la célula solar ligera, parte de los fotones absorbidos por el material de silicio; la transferencia de energía del fotón al átomo de silicio, hace que la electrónica se mueva más, una concentración de electrones libres en ambos lados de la unión pn formó la diferencia de potencial, cuando el circuito de procesamiento externo, bajo La acción del voltaje, habrá una corriente a través del circuito externo para producir la potencia de salida. La esencia de este proceso es: el proceso de la energía del fotón en electricidad.

El proceso de producción

Deposición de vapor químico principalmente SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4 o SiH4, como gas de reacción, reacción bajo cierta atmósfera protectora de los átomos de silicio y deposición sobre el calentamiento del sustrato, el material del sustrato generalmente elige Si, SiO2, Si3N4, etc. estudio encontró que en el sustrato de silicio es difícil formar un tamaño de grano más grande, y fácil de formar en el espacio intergranular. La solución a este problema es utilizar LPCVD primero en el sustrato depositar una capa delgada de capa de silicio amorfo, y luego el silicio amorfo recocido de capas, obtener un tamaño de grano más grande, y luego en la capa de cristal semilla espesor de deposición de película delgada de silicio policristalino, como resultado, la tecnología de recristalización es sin duda un enlace muy importante, la tecnología principal del método de cristalización en fase sólida y la recristalización de fusión central Método Las baterías de película delgada de silicio policristalino además del proceso de recristalización, adoptaron casi todas las demás tecnologías de preparación de célula solar de silicio monocristalino, por lo que obviamente mejora la eficiencia de conversión de las células solares.

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