> Навіны > Навіны кампаніі

Што такое фотавутаіка?

2022-12-22

Фотаэлектрыка - гэта прамое пераўтварэнне святла ў электрычнасць на атамным узроўні. Некаторыя матэрыялы дэманструюць уласцівасць, вядомую як фотаэлектрычны эфект, які прымушае іх паглынаць фатоны святла і вызваляць электроны. Калі гэтыя свабодныя электроны захопліваюцца, узнікае электрычны ток, які можна выкарыстоўваць у якасці электрычнасці.

Фотаэлектрычны эфект быў упершыню заўважаны французскім фізікам Эдмундам Бекерэлем у 1839 годзе, які выявіў, што некаторыя матэрыялы вырабляюць невялікую колькасць электрычнага току пры ўздзеянні святла. У 1905 годзе Альберт Эйнштэйн апісаў прыроду святла і фотаэлектрычны эфект, на якім заснавана фотаэлектрычная тэхналогія, за што пазней атрымаў Нобелеўскую прэмію па фізіцы. Першы фотаэлектрычны модуль быў створаны кампаніяй Bell Laboratories у 1954 годзе. Ён быў названы сонечнай батарэяй і ў асноўным быў проста кур'ёзам, бо быў занадта дарагім для шырокага выкарыстання. У 1960-х гадах касмічная прамысловасць упершыню сур'ёзна пачала выкарыстоўваць гэтую тэхналогію для забеспячэння энергіяй касмічных караблёў. Дзякуючы касмічным праграмам, тэхналогія прасунулася, была ўстаноўлена яе надзейнасць, а кошт пачаў зніжацца. Падчас энергетычнага крызісу ў 1970-х гадах фотаэлектрычныя тэхналогіі атрымалі прызнанне ў якасці крыніцы энергіі для некасмічных прымянення.

Прыведзеная вышэй схема ілюструе працу асноўнага фотаэлектрычнага элемента, які таксама называюць сонечным элементам. Сонечныя элементы вырабляюцца з тых жа відаў паўправадніковых матэрыялаў, такіх як крэмній, якія выкарыстоўваюцца ў мікраэлектроннай прамысловасці. Для сонечных элементаў тонкая паўправадніковая пласціна спецыяльна апрацоўваецца для фарміравання электрычнага поля, станоўчага з аднаго боку і адмоўнага з другога. Калі светлавая энергія трапляе на сонечны элемент, электроны выбіваюцца з атамаў паўправадніковага матэрыялу. Калі электрычныя праваднікі прымацаваны да станоўчага і адмоўнага бакоў, утвараючы электрычны ланцуг, электроны могуць быць захоплены ў выглядзе электрычнага току - гэта значыць электрычнасці. Затым гэтая электрычнасць можа выкарыстоўвацца для харчавання нагрузкі, напрыклад, святла або інструмента.

Шэраг сонечных элементаў, электрычна злучаных адзін з адным і ўсталяваных у апорную канструкцыю або каркас, называецца фотаэлектрычным модулем. Модулі прызначаны для падачы электрычнасці пры пэўным напружанні, напрыклад, у звычайнай 12-вольтнай сістэме. Выраблены ток напрамую залежыць ад таго, колькі святла трапляе на модуль.

У сучасных найбольш распаўсюджаных фотаэлектрычных прыладах выкарыстоўваецца адзіны пераход або інтэрфейс для стварэння электрычнага поля ў паўправадніку, такім як фотаэлемент. У фотаэлектрычнай ячэйцы з адным пераходам толькі фатоны, энергія якіх роўная або большая за шырыню забароненай зоны матэрыялу ячэйкі, могуць вызваліць электрон для электрычнага ланцуга. Іншымі словамі, фотаэлектрычны водгук аднапераходных элементаў абмежаваны часткай сонечнага спектру, энергія якой знаходзіцца вышэй за забароненую зону паглынальнага матэрыялу, і фатоны з меншай энергіяй не выкарыстоўваюцца.

Адзін са спосабаў абыйсці гэтае абмежаванне - выкарыстоўваць дзве (або больш) розныя ячэйкі з больш чым адной забароненай зонай і больш чым адным пераходам для стварэння напругі. Яны называюцца "шматзлучальнымі" клеткамі (таксама званымі "каскаднымі" або "тандэмнымі" клеткамі). Шматпераходныя прылады могуць дасягнуць больш высокай агульнай эфектыўнасці пераўтварэння, таму што яны могуць пераўтварыць большую частку энергетычнага спектру святла ў электрычнасць.

Як паказана ніжэй, прылада з некалькімі пераходамі ўяўляе сабой стос асобных ячэек з адным пераходам у парадку змяншэння забароненай зоны (напрыклад). Верхняя ячэйка захоплівае высокаэнергетычныя фатоны і перадае астатнія фатоны для паглынання клеткамі з ніжняй зонай забароненай зоны.

Большая частка сучасных даследаванняў шматпераходных клетак сканцэнтравана на арсенідзе галію ў якасці аднаго (або ўсіх) кампанентаў клетак. Такія клеткі дасягнулі эфектыўнасці каля 35% пры канцэнтраваным сонечным святле. Іншымі матэрыяламі, вывучанымі для шматпераходных прылад, былі аморфны крэмній і дыселенід медзі-індыя.

У якасці прыкладу ў прыладзе з некалькімі пераходамі, прыведзенай ніжэй, выкарыстоўваецца верхняя ячэйка з фасфіду індыю галію, "тунэльны пераход", каб дапамагчы патоку электронаў паміж ячэйкамі, і ніжняя ячэйка з арсеніду галію.

Папярэдні:Чаму вы павінны выбраць фотаэлектрыку?

Далей:Як наконт кошту дастаўкі?