<<< На главную <<<

Фотоэлектрический принцип


Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в электрическую называют прямым превращением, так как в этом процессе отсутствует рабочее тело, состояние которого периодически меняется при контакте с источниками, имеющими различные температуры.
Суть явления заключается в том, что при попадании солнечного излучении на полупроводник последний активируется и становится электропроводным. В нем возбуждается ЭДС, а при подключении внешней нагрузки в цепи появляется электрический ток.
Фотоэлектрический эффект впервые обнаружил Эдмунд Беккерель в 1839 г. В химических реакциях. Спустя 40 лет фотоэлектричество обнаружено в селене. Транзистор изобретен в 1949г., а через пять лет, в 1954 г. Объявлено о том, что в ячейке из кремния достигнут КПД, равный 6%.
Солнечная энергия для питания бортовых приборов впервые использована на американском спутнике Авангард-1 и 3-ем советском спутнике в 1958г. С тех пор фотопреобразователи являются основой электрогенерирующих систем, которые применяются на космических спутниках и станциях.
Принцип работы фотоэлектрического преобразователя заключается в следующем. Химически чистые полупроводники – это класс веществ, которые в обычных условиях характеризуются полным отсутствием свободных электронов. У них, как и у диэлектриков, вся валентная зона заполнена. Но в отличие от последних энергетический уровень зоны проводимости незначительно отличается от уровня валентной зоны. Это различие называют запрещенной зоной Eg. Ее ширина у полупроводников не превышает 2эВ. Если при каком-нибудь воздействии – повышении температуры, облучении солнечным светом, увеличении давления, наложении электромагнитного поля – электрон преодолевает ширину запрещенной зоны и попадает в зону проводимости, он приобретает возможность перемещаться, а вещество становится электропроводным.
При повышении температуры тепловое движение частиц разрывает электронные связи, и появляются свободные электроны. Их число растет с увеличением температуры. Одновременно возрастает проводимость. Вблизи покинутого электроном места возникает избыточный положительный заряд, равный по величине электрону. Его называют дыркой. Она служит носителем положительного заряда.
Таким образом, в идеальных кристаллах электроны и носители положительных зарядов возникают парами и передают ток. Реальные кристаллы имеют дефекты и посторонние примеси, поэтому явление проводимости в них обусловлено одним типом носителей. Так, кристалл кремния может иметь либо избыток электронов, либо избыток дырок.
Если 4-валентный кремний легируется атомами элементов 5 группы таблицы Менделеева (фосфором Р, мышьяком As, сурьмой Sb), то в нем преобладают свободные электроны (отрицательная n-проводимость). При добавлении атомов элементов 3 группы (бора B, алюминия Al, галлия Ga, индия In) создаются положительные носители – дырки (положительная p-проводимость). Соединение областей кремния с n-проводимостью и с p-проводимостью формирует p-n-переход – внутреннее электрополе.
В монокристаллическом кремниевом фотопреобразователе (рис.1) толщиной 200-400мкм фронтальный тонкий слой 1 (0,2-0,6 мкм) имеет n-проводимость, а базовый слой 2 – p-проводимость. Верхний слой насыщается атомами фосфора из газообразной (атмосфера азота с добавкой хлористокислого фосфора), жидкой (POCl2) или твердой (P2O5) фазы при высокой температуре методом диффузии. P-проводимость базового слоя создается путем добавления бора в расплав при изготовлении слитка, который затем разрезается на пластинки.
Электрические контакты низкого сопротивления формируют печатным способом, фотолитографией и т.д. Вначале в вакуумной камере испаряют и осаждают на кремний слои алюминия 3, титана 4, затем палладия 5 и серебра или никеля 6. Затем с передней стороны наносятся антиотражающее и просветляющее покрытие 7 и устраиваются электрические контакты 8 на обеих сторонах.
Таким образом, в кристалле кремния созданы области с n- и p- проводимостью. В каждой из них концентрация основных носителей выше, чем в соседней, где они являются неосновными. Возникает диффузия мобильных носителей в сторону меньшей концентрации: свободных электронов в область р- проводимости, дырок – в область n-проводимость. При попадании подвижных электронов в зону с большей концентрацией дырок происходит нейтрализация (рекомбинация) пары носителей. Подобное явление происходит при попадании дырок в область повышенной концентрации свободных электронов.
Рекомбинация носителей активно происходит на посторонних включениях в полупроводнике и на свободной поверхности, ослабляя ток и ЭДС прибора. На месте ушедших электронов остаются положительно заряженные ионы, не принимающие участие в проводимости из-за жесткой связи с кристаллической решеткой. Переходя в зону n-проводимости, дырки оставляют неподвижные, связанные с решеткой отрицательно заряженные ионы.
Таким образом, вблизи границы двух зон полупроводника получается переходная область (рис. 2), которая практически не содержит подвижных носителей заряда. В ней создается потенциальный барьер, препятствующий дальнейшей диффузии. Электрическое поле р-п-перехода разделяет электроны и дырки.


Рис.2. Схемам формирования p-n-перехода

















Коефіцієнт "зеленого" тарифу для електроенергії, виробленої з використанням альтернативних джерел енергії, встановлюється на рівні:
Категорії об'єктів електроенергетики, для яких застосовується "зелений" тариф Коефіцієнт "зеленого" тарифу для об'єктів, введених в експлуатацію
  по 31.03.2013
включно
з 01.04.2013
по 31.12.2014
з 01.01.2015
по 31.12.2019
з 01.01.2020
по 31.12.2024
з 01.01.2025
по 31.12.2029
для електроенергії, виробленої з енергії сонячного випромінювання об'єктами електроенергетики, які вмонтовані (встановлені) на дахах та/або фасадах приватних домогосподарств (будинків, будівель та споруд), величина встановленої потужності яких не перевищує 10 КВт - 3,7 3,33 2,96 2,59

Проблема утилизации свинцово-кислотных аккумуляторов в США