Wie stellt man eine einfache Solarzelle her? Funktionsweise von Photovoltaikzellen

 Wie baut man eine einfache Solarzelle? (Schritt für Schritt) | Grundlegendes Funktionsprinzip der Photovoltaikzelle

Einführung in Solarzellen oder Photovoltaikzellen

Eine Solarzelle (oder Photovoltaikzelle ) ist ein Gerät, das elektrischen Strom entweder durch chemische Wirkung oder durch Umwandlung von Licht in elektrischen Strom erzeugt, wenn es Sonnenlicht ausgesetzt wird. In diesem Artikel wird nur auf Solarzellen eingegangen.

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Eine Solarzelle wird auch als Photovoltaikzelle bezeichnet, die elektrischen Strom erzeugt, wenn die Oberfläche Sonnenlicht ausgesetzt wird. Im weiteren Verlauf dieses Artikels beziehen wir uns auf das Sonnenlicht als elektromagnetische Strahlung (EM-Strahlung).

In Solarzellen hängt die Menge an elektrischer Energie, die von den Zellen erzeugt wird, von der Intensität der elektromagnetischen Strahlung ab, die die Oberfläche der Zelle erreicht. Solarzelle wandelt elektromagnetische Strahlung in Gleichstrom um. Wir können also sagen, dass eine Solarzelle ein Halbleiterschaltelement ist, das elektromagnetische Strahlung, die uns von der Sonne erreicht, in elektrische Energie umwandelt. Wie oben erwähnt, ist der erzeugte Strom Gleichstrom.

Grundlegendes Funktionsprinzip einer Photovoltaik-/Solarzelle

Der prinzipielle Betrieb einer Solarzelle ähnelt der Leitung in einem Halbleiter wie Silizium. Wie auf dem Bild zu sehen, ist die dunkle Oberfläche der Teil, der dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Wenn EM-Strahlung auf die Oberfläche der Zelle trifft, regt sie die Elektronen an und bewirkt, dass sie von einem Energieniveau (Umlaufbahn) zum anderen springen und Löcher zurücklassen.

Diese Löcher dienen als positive Ladungsträger, während die Elektronen als negative Ladungsträger dienen. Lassen Sie sich nicht verwirren, die Elektronen oder Löcher bilden keine elektrischen Ladungen. Sie tragen nur die Gebühren. Dadurch wird EM-Strahlung in elektrische Energie umgewandelt. Solarzellen werden im Wesentlichen aus Halbleitern wie Silizium und Selen hergestellt, die am weitesten verbreitet sind.

Um dies besser zu verstehen, sehen wir uns die verschiedenen Arten von Halbleitermaterialien an, da die Materialien, die in großem Umfang bei der Herstellung von Solarzellen verwendet werden, Halbleiter sind.

Halbleitertypen

Wir haben zwei Arten von Halbleitern, nämlich intrinsische und extrinsische Halbleiter.

Intrinsische Halbleiter :

Das sind Halbleiter, die in ihrer eigenen Form rein sind. Es wird keine Verunreinigung hinzugefügt, um ihre Leitfähigkeit zu verbessern. Halbleiter dieses Typs haben bei null Grad Celsius sehr wenig oder keine freien Löcher und Elektronen für die Leitung.

Extrinsische Halbleiter :

Diese Arten von Halbleitern sind nicht rein, da sie dotiert sind (Substanzen, die als Verunreinigungen dienen, werden hinzugefügt, um ihre Leitfähigkeit zu erhöhen). Wenn ein Halbleiter dotiert wird, werden die folgenden Materialien gefunden;

• Halbleiter vom P-Typ

  Diese Art von Halbleiter entsteht, wenn ein Silizium, Selen oder Germanium mit einem dreiwertigen Element (Element mit drei Valenzelektronen) wie Bor dotiert wird. Löcher (positive Ladungsträger) sind die Hauptladungsträger in diesem Halbleitertyp.

• Halbleiter vom Typ N

  Elektronen sind die Hauptladungsträger in diesem Halbleitertyp. Sie tragen negative Ladungen. Sie entstehen, wenn Silizium oder ein anderer Halbleiter mit einem fünfwertigen Element (Element mit einem fünfwertigen Elektron in der Außenhülle) dotiert wird.

• PN – Typ Halbleiter

  Wenn Halbleiter vom P- und N-Typ miteinander verbunden werden, indem sie geschmolzen werden, d.h. indem die in Kontakt stehenden Oberflächen einer hohen Temperatur ausgesetzt werden (sie nicht vollständig schmelzen, so dass sie eine Einheit bilden), wird zwischen ihnen eine Grenze oder ein Übergang in der Größenordnung von 10 ^-3 gebildet mm. Dieser gebildete Übergang wird als PN-Übergang bezeichnet. Eine hohe Konzentration von Löchern auf einer Seite eines Übergangs und eine hohe Konzentration von Elektronen auf der anderen Seite bewirkt, dass die beiden Ladungsträger jeweils auf die andere Seite des Übergangs diffundieren.

Wie baut man eine einfache Photovoltaik-/Solarzelle?

Silizium und Selen sind die am häufigsten verwendeten Halbleiter bei der Herstellung von Solarzellen. Gallium, Arsenid, Indiumarsenid und Cadmiumsulfid usw. werden ebenfalls verwendet, aber Silizium und Selen werden am häufigsten verwendet.

Da wir wissen, dass Halbleitermaterialien wie Silizium und Selen ziemlich teuer sein können, werden wir darüber sprechen, wie man eine Solarzelle mit Materialien wie Silizium baut und auch wie man eine Solarzelle baut billige Materialien, die um uns herum zu bekommen sind.

Beachten Sie, dass die Verwendung billiger Materialien im Vergleich zur Verwendung von Silizium oder Selen keine gleichwertige Ausgangsleistung ergibt und zweitens, je größer die Oberfläche des ausgesetzten Materials ist EM-Strahlung, desto mehr Energie wird erzeugt.

Bau einer Solarzelle unter Verwendung von Siliziumhalbleitern

Wie bereits erwähnt, ist die Oberfläche ein Material vom Typ P. Das Material vom Typ P – sollte dünn sein, damit Lichtenergie (EM-Strahlung) in der Lage ist, den Übergang zu durchdringen und das Material vom Typ N – zu erreichen, um die Diffusion von Elektronen und Löchern zu ermöglichen.

Der vernickelte Ring um das P-Typ-Material dient als positiver Ausgangsanschluss, während die Beschichtung an der Unterseite des N-Typ-Materials als negativer Ausgangsanschluss dient.

Wie baut man eine einfache Solarzelle? (Schritt für Schritt)

Nun, da Sie wissen, wie Solarzellen aus Silizium hergestellt werden, sehen wir uns an, wie wir eine Photovoltaikzelle aus verschiedenen Materialien herstellen können. Anstatt Kupferoxid zu verwenden, werden wir andere Materialien verwenden. Folgende Materialien werden benötigt:

• Glasplatten (zum Beispiel Objektträgerabdeckungen)
• Deionisiertes Wasser
• Multimeter
• Transparentes Klebeband
• Flache Schale
• Elektrische Kochplatte (wenn möglich 1100 W)
• Titandioxidlösung
• Kohlenstoff (Graphitstift oder Graphitschmiermittel)
• Jodidlösung
• Bindeklammern
• Krokodilklemmen

In unserer letzten Arbeit war das Material vom P-Typ der Sonne zugewandt und im Vergleich zum Material vom N-Typ leitfähiger. Glas ist ein Halbleiter mit einer Teilleitfähigkeit. Damit eine der Glasplatten als P-Typ-Material und die andere als N-Typ-Material fungiert, müssen Sie sie mit Chemikalien behandeln, damit eine von ihnen am Ende leitfähiger ist als die andere. Die Schritte sind wie folgt.

1. Reinigen Sie die Oberflächen der beiden Glasplatten gründlich mit Ethanol. Berühren Sie die Oberfläche der Glasplatten nach der Reinigung nicht mit der Hand.
2. Testen Sie mit Millimetern, wie leitfähig die Oberflächen der Platten sind, und beachten Sie die leitfähigste Oberfläche jeder der Platten. Platzieren Sie die Platten nebeneinander, wobei die leitfähige Oberfläche einer der Platten nach unten und die andere leitfähige Oberfläche nach oben zeigt.
3. Kleben Sie nach Schritt 2 ein transparentes Klebeband an, um die Glasplatten zusammenzuhalten. Das Klebeband sollte entlang einer der langen Seiten der Platten angebracht werden. Das Klebeband sollte etwa 1 mm an den Kanten überlappen. Bringen Sie außerdem ein Klebeband auf der Außenseite der Glasplatte an, das nach oben zeigt, 4 mm – 5 mm.
4. Tragen Sie gleichmäßig Titandioxidtropfen auf die Oberfläche der Glasplatten auf und verteilen Sie die Lösung gleichmäßig. Lassen Sie die Lösung die leitfähige Oberfläche, die nach unten zeigt, bedecken.
5. Wenn Sie mit dem Auftragen von Titandioxid fertig sind, entfernen Sie die Bänder, die die Platten zusammenhalten.
6. Legen Sie die leitfähige Oberfläche mit der Oberseite nach oben über Nacht auf eine elektrische Heizplatte, um das Titandioxid auf den Platten zu backen. Reinigen Sie das Titandioxid, das sich auf der leitfähigen Oberfläche nach unten befindet, und legen Sie es an einem sauberen Ort ab.
7. Nehmen Sie eine flache Schale und füllen Sie sie mit Farbstoff aus Brombeer-, Himbeer- oder Granatapfelsaft usw. Lassen Sie die mit Titandioxid beschichtete Platte mit der Vorderseite nach unten mindestens 10 Minuten lang einweichen.
8. Reinigen Sie die andere Platte mit Ethanol, während die Titandioxidplatte in der Farbe eingeweicht wird. Testen Sie die Leitfähigkeit seiner Oberfläche nach der Reinigung. Markieren Sie die Seite, die keinen elektrischen Strom leitet, als positiv. Graphitgleitmittel oder Graphitstift auf die leitfähige Seite auftragen und die gesamte Oberfläche bedecken.
9. Nehmen Sie die mit Titandioxid beschichtete Platte aus der Farbe. Spülen Sie es zuerst mit deionisiertem Wasser und dann mit Ethanol. Wischen Sie das Ethanol auf der Platte mit einem sauberen Tuch ab.
10. Setzen Sie die beiden Platten so zusammen, dass sich die Beschichtungen mit leicht versetzten Platten berühren. Halten Sie die Platten mit Hilfe von Bindeklammern an Ort und Stelle. Sie sollten versetzt gemacht werden, da die Kanten als Anschlüsse dienen.
11. Tragen Sie Tropfen Jodidlösung auf die dem Sonnenlicht ausgesetzte Beschichtung auf. Lassen Sie die Beschichtungen vollständig in der Lösung einweichen. Die Essenz der Jodidlösung besteht darin, den Elektronenfluss von der mit Titandioxid beschichteten Platte zur kohlenstoffbeschichteten Platte zu unterstützen, wenn sie EM-Strahlung ausgesetzt werden. Wenn die Jodidlösung zu viel ist, wischen Sie die Lösung auf der Oberfläche ab, die dem Sonnenlicht ausgesetzt werden soll.
12. Bringen Sie eine Krokodilklemme oder eine Krokodilklemme an den Abschnitten der beschichteten Oberfläche auf beiden Seiten der Zelle an. Ein Clip, der an der mit Graphit beschichteten Oberfläche befestigt ist, dient als Halterung, während die Krokodilklemme an der mit Titandioxid beschichteten Oberfläche befestigt ist. Dies ist natürlich die Kathode. Verbinden Sie leitende Drähte mit den Clips und platzieren Sie sie so, dass Licht auf die Oberfläche der Platte fällt. Ihre Solarzelle ist jetzt einsatzbereit. Sie können die Menge an Spannung und Strom, die die Solarzelle erzeugt, mit dem Multimeter testen. Offensichtlich reicht die Spannung nicht aus, um Ihr Telefon aufzuladen, aber Sie können eine Kette aus diesen Solarzellen herstellen, um dies zu tun!.

Vorteile der Verwendung von Solarzellen

Im Folgenden sind die Vorteile der Verwendung von Solarzellen aufgeführt:

• Erzeugt keinen Lärm
• Es wird kein Kraftstoff benötigt, um es anzutreiben
• Seine Antriebskraft ist von Natur aus kostenlos
• Es erfordert wenig Wartung

Nachteile der Verwendung von Solarzellen

Nachteil der Verwendung von Solarzellen sind

• Die Oberfläche der Zelle muss groß sein, um eine vernünftige Menge an elektrischer Energie zu erzeugen.
• Wenn sich die Sonne in den Wolken versteckt, wird die erzeugte Energiemenge reduziert.
• Sie können aufgrund von Schwankungen in der erzeugten Energiemenge nicht als Energiequelle verwendet werden.

Anwendungen und Verwendung von Solarzellen

Solarzellen haben zahlreiche Anwendungen trotz ihrer Nachteile, die wie folgt sind:

• Seriengruppe – parallel geschaltete Solarzellen können als Batterieladegerät verwendet werden
• Sie werden ausgiebig als Energiequelle für Satelliten verwendet
• Silizium-Photovoltaikgeräte mit mehreren Einheiten können zum Erfassen von Licht in Anwendungen wie dem Lesen von Lochkarten in der Datenverarbeitungsindustrie verwendet werden
• Gold – dotierte Germaniumzellen mit kontrollierter spektraler Empfindlichkeitscharakteristik können als Infrarotdetektoren verwendet werden.

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