Содержание
1. Актуальность применения СЭ. 3
2. Изготовление СЭ. 5
3. Принцип работы СЭ. 7
4. Солнечные батареи 11
5. Применение СЭ 16
6. Проблемы, связанные с использованием СЭ 18
7. Список используемой литературы 19
Цель работы
Целью данной работы является изучение механизма работы солнечных элементов (СЭ), а также их соединений – батарей
Задачи работы
В задачи данной работы входит:
Исследование актуальности применения СЭ;
Изучение принципа работы СЭ, их характеристик;
Рассмотрение принципиальных схем соединения СЭ в батареи, проблем возникающих при использовании таких соединений и их решение;
Исследование применения СЭ и солнечных батарей;
Рассмотрение проблем, связанных с использованием СЭ.
Актуальность применения сэ.
Казалось бы, совсем недавно солнечная батарея прочно ассоциировалась с космическими кораблями, орбитальными станциями и луноходами. А сейчас, устройство, способное извлекать электричество из света можно обнаружить в любом калькуляторе. Более того, в богатых солнечным светом странах с жарким летом и мягкой зимой («страны с высокой инсоляцией»), таких как Италия, Испания, Португалия, южные штаты США и т.д. Солнечная энергетика является заметной статьей экономии средств на электро- и теплоснабжение. Причем экономия эта происходит как по частной инициативе граждан, так и в виде обязательных к выполнению государственных нормативных актов, как например в Испании.
Попытки заставить работать на себя энергию солнца предпринимались человечеством давно, так по легенде Архимед сжег римский флот, приказав сфокусировать множеством зеркал (в другой версии – начищенных до блеска щитов) солнечный свет на парусах римских галер. Но заметные результаты попытки подчинения энергии солнца дали только в прошлом веке. Какие же существуют пути использования солнечной энергии?
Самый очевидный путь – это преобразование световой энергии солнца в тепловую. Строго говоря, это даже преобразованием назвать нельзя, ведь свет и тепло имеют одну и ту же природу и отличаются лишь частотой, правильнее будет говорить о сборе тепла. Для сбора солнечного тепла устройства, которые так и называются — солнечные коллекторы. Принцип их действия предельно прост – теплоноситель (вода, реже воздух) нагревается в сделанном из теплопоглощающего материала радиаторе. Такие устройства имеют широкое применение для горячего водоснабжения частных домов.
Как уже говорилось выше, самый простой способ использования в личных целях энергию солнца – это сбор тепловой энергии. Но наиболее удобным для накопления и транспортировки видом энергии является электричество. Его можно без особых проблем собрать в аккумуляторах либо передать по проводам к месту, где оно будет работать, с минимальными потерями. Отсюда следует третий, самый распространенный способ использования солнечного света – преобразование его в электрическую энергию.[1]
Изготовление сэ.
Так как самым распространённым материалом для изготовления диодных СЭ является кремний, то рассмотрим изготовление СЭ из данного материала.
Солнечная батарея так назвали первый кремниевый фотоэлемент. Этот фотоэлемент создан в 1953 г. и представляет собой преобразователь лучистой энергии в электрическую с очень большим для этого класса приборов КПД, достигающим 6%.
Кремний - элемент, обладающий полупроводниковыми свойствами, расположенный в IV группе периодической системы, второй по распространенности элемент в природе. Атомный вес его 28,06, а порядковый номер 14. Температура плавления кристаллического кремния 1415° С, а температура кипения 2360° С. Электропроводность кремния в зависимости от сорта и числа, введенных в него примесей колеблется в довольно широких пределах. Как и три других элемента IV группы, кремний обладает решеткой типа алмазной.
В течение уже сравнительно многих лет кремний является объектом всесторонних физических исследований. В последние годы физики главное свое внимание сконцентрировали на изучении его электрических свойств. В итоге многолетних исследовательских работ были получены результаты, представляющие большую ценность, как для теории, так и для практики. Среди этих результатов большое значение имеет метод получения кремния с наперед заданным механизмом проводимости - электронным или дырочным, позволивший разработать кремниевые детекторы. Таким же важным результатом, несомненно, следует считать разработку технологии введения в монокристалл кремния примесей посторонних атомов, позволяющей получать в одном кристалле р-n - переход, на основе которого и был создан кремниевый фотоэлемент с запорным слоем. На основе таких фотоэлементов и была создана солнечная батарея.
Технология изготовления кремниевого фотоэлемента довольно сложна. Она сводится в основном к следующим операциям. Сначала из расплавленного кремния выращивают большие монокристаллы. Взращивание монокристаллов может осуществляться разными способами. Один из них заключается в том, что в расплавленный кремний погружается затравка и очень медленно поднимается вверх. Затравка, т. е. небольшой монокристалл данного вещества, представляет собой кристаллизационный центр, вокруг которого начинается кристаллизация. В процессе медленного подъема затравки начинается постепенное образование монокристалла кремния, который может быть получен достаточно больших размеров. Весь этот процесс проводится в условиях высокого вакуума. Нагрев кремния осуществляется индукционной высокочастотной печью.
Полученные кремниевые монокристаллы разрезают на тонкие пластинки прямоугольной формы. Пластинка обладает электронным механизмом проводимости. Для создания же фотоэлемента с запорным слоем необходима система из двух полупроводников с противоположными механизмами проводимости. Для этого одну из поверхностей пластинки покрывают тонким равномерным слоем бора и в течение некоторого времени прогревают пластинку в электрической печи при непрерывной работе вакуумных насосов. Время диффузионного прогрева подбирается таким образом, чтобы атомы бора за это время успели продиффундировать внутрь пластинки лишь на часть ее толщины. Так как примесь бора к кремнию сообщает последнему дырочную проводимость, то в результате одна часть кремниевой пластинки будет обладать дырочной проводимостью, а вторая часть - электронной. На границе между одной и другой частями образуются р-n - переход и как следствие этого запорный слой. На обеих поверхностях кремниевой пластинки создаются специальным методом металлические электроды, один из которых - полупрозрачный. Затем пластинка помещается в оправку с двумя токовыми выводами.[2]