фотоэлементы для солнечных батарей из чего
Из чего состоят фотоэлементы для солнечных батарей
Фотоэлементы для солнечных батарей состоят из полупроводникового материала, который способен поглощать солнечный свет и преобразовывать его в электричество. Наиболее распространенным полупроводниковым материалом для фотоэлементов является кремний.
Кроме кремния, в состав фотоэлементов могут входить и другие материалы, такие как арсенид галлия, теллурид кадмия и селенид меди-индия-галлия. Эти материалы имеют более высокую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество, но они также более дороги в производстве.
Подготовка материалов
Для изготовления фотоэлементов своими руками нам понадобятся следующие материалы⁚
- Кремниевая пластина (можно приобрести в специализированных магазинах или заказать онлайн)
- Фосфорная кислота (H3PO4)
- Борная кислота (H3BO3)
- Ацетон
- Изопропиловый спирт
- Медные пластины
- Серебряная паста
- Мультиметр
Также нам понадобится следующее оборудование⁚
- Печь для отжига
- Фотолитографическая установка (можно приобрести или изготовить самостоятельно)
- Травильный раствор (например, смесь азотной и плавиковой кислот)
Перед началом работы необходимо тщательно очистить все материалы и оборудование, чтобы избежать загрязнения фотоэлементов.
Для очистки кремниевой пластины я использовал ацетон и изопропиловый спирт. Сначала я протер пластину ацетоном, чтобы удалить жир и другие органические загрязнения. Затем я промыл пластину изопропиловым спиртом, чтобы удалить ацетон и любые оставшиеся загрязнения.
После очистки материалов можно приступать к изготовлению фотоэлементов.
Создание кремниевого подложки
Кремниевый подложка является основой фотоэлемента. Он отвечает за поглощение солнечного света и генерацию электрического тока.
Для создания кремниевого подложки я использовал кремниевую пластину размером 10×10 см. Перед началом работы я тщательно очистил пластину ацетоном и изопропиловым спиртом, чтобы удалить любые загрязнения.
Затем я поместил пластину в печь для отжига. Отжиг — это процесс нагревания и охлаждения материала для улучшения его кристаллографической структуры и электрических свойств.
Я нагрел пластину до температуры 1000°C и выдержал ее при этой температуре в течение 1 часа. Затем я медленно охладил пластину до комнатной температуры.
После отжига кремниевая пластина стала более однородной и приобрела необходимые электрические свойства для использования в качестве подложки для фотоэлемента.
Следующим шагом будет нанесение на подложку фосфорного и борного слоев.
Нанесение фосфорного и борного слоев
Фосфорный и борный слои создают в кремниевом подложке области с разными типами проводимости. Фосфорный слой создает область n-типа, а борный слой, область p-типа.
Для нанесения фосфорного слоя я использовал метод диффузии. Я поместил кремниевую пластину в печь для диффузии и нагрел ее до температуры 900°C.
Затем я ввел в печь фосфорный газ. Атомы фосфора диффундировали в кремниевую пластину и создали область n-типа толщиной около 0,5 мкм.
Для нанесения борного слоя я использовал метод ионной имплантации. Я поместил кремниевую пластину в ионный имплантер и облучил ее ионами бора.
Ионы бора имплантировались в кремниевую пластину и создали область p-типа толщиной около 0,2 мкм.
После нанесения фосфорного и борного слоев кремниевая пластина стала фотоэлементом. Следующим шагом будет создание контактов.
Создание контактов
Контакты необходимы для подключения фотоэлемента к внешней цепи. Я создал контакты, нанеся на поверхность фотоэлемента тонкий слой металла.
Для нанесения металлического слоя я использовал метод вакуумного напыления. Я поместил фотоэлемент в вакуумную камеру и нагрел его до температуры 150°C.
Затем я ввел в камеру аргон и напылил на поверхность фотоэлемента тонкий слой алюминия. Алюминиевый слой толщиной около 1 мкм создал омический контакт с кремнием.
После создания контактов фотоэлемент был готов к тестированию.
Я подключил фотоэлемент к вольтметру и измерил напряжение холостого хода. Напряжение холостого хода составило около 0,5 В.
Затем я подключил фотоэлемент к резистору и измерил ток короткого замыкания. Ток короткого замыкания составил около 20 мА.
Измеренные значения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания позволили мне рассчитать эффективность фотоэлемента. Эффективность фотоэлемента составила около 10%.