سلول خورشیدی: اصل کار و ساختار (با دیاگرام‌ها)

سلب فتوولی چیست؟

سلب فتوولی (که به آن سلول فتوولتایی یا سلول PV نیز می‌گویند) به دستگاه الکتریکی اشاره دارد که انرژی نوری را از طریق اثر فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. سلب فتوولی در واقع یک دیود پی-ان است. سلول‌های فتوولتائیک نوعی از سلول‌های فوتولکتریک هستند که به دستگاهی تعریف می‌شوند که مشخصات الکتریکی آن‌ها – مانند جریان، ولتاژ یا مقاومت – زمانی که به نور معرض می‌شوند متفاوت می‌شود.

سلب‌های فتوولتائیک مجزا می‌توانند برای تشکیل ماژول‌ها که معمولاً با نام پانل‌های فتوولتائیک شناخته می‌شوند، ترکیب شوند. سلب فتوولتائیک سیلیکونی تک‌پیوندی معمولی می‌تواند ولتاژ بی‌بار حداکثری حدود ۰٫۵ تا ۰٫۶ ولت تولید کند. این مقدار به تنهایی زیاد نیست – اما به یاد داشته باشید که این سلول‌ها بسیار کوچک هستند. وقتی به صورت پانل فتوولتائیک بزرگتری ترکیب می‌شوند، می‌توانند مقدار قابل توجهی از انرژی تجدیدپذیر تولید کنند.

ساختار سلب فتوولی

سلب فتوولی در واقع یک دیود پی-ان است، اگرچه ساختار آن کمی متفاوت از دیودهای پی-ان معمولی است. لایه بسیار نازکی از نیمه‌رسانا پی-نوع بر روی نیمه‌رسانا ان-نوع نسبتاً ضخیم‌تر رشد می‌کند. سپس چند الکترود نازک‌تر بر روی لایه نیمه‌رسانا پی-نوع قرار می‌دهیم.

این الکترودها نور را از رسیدن به لایه پی-نوع خیلی نازک مسدود نمی‌کنند. دقیقاً زیر لایه پی-نوع یک پیوند پی-ان وجود دارد. همچنین یک الکترود جمع‌آوری جریان در پایین لایه ان-نوع قرار می‌دهیم. کل مجموعه را با شیشه نازک جمع‌آوری می‌کنیم تا سلب فتوولی را از هرگونه شوک مکانیکی محافظت کنیم.

اصطلاحات عملکرد سلب فتوولی

وقتی نور به پیوند پی-ان می‌رسد، فوتون‌های نور می‌توانند به راحتی وارد پیوند شوند از طریق لایه پی-نوع بسیار نازک. انرژی نوری، به صورت فوتون‌ها، انرژی کافی به پیوند می‌دهد تا تعدادی جفت الکترون-حفره ایجاد کند. نور وارد شده شرایط تعادل حرارتی پیوند را می‌شکند. الکترون‌های آزاد در منطقه خالی می‌توانند به سرعت به سمت پی-نوع پیوند بروند.

به طور مشابه، حفره‌ها در منطقه خالی می‌توانند به سرعت به سمت پی-نوع پیوند بروند. یکبار که الکترون‌های آزاد جدید به سمت پی-نوع می‌رسند، نمی‌توانند دیگر از پیوند عبور کنند به دلیل پتانسیل موانع پیوند.

به طور مشابه، حفره‌های جدید یکبار که به سمت پی-نوع می‌رسند نمی‌توانند دیگر از پیوند عبور کنند به دلیل همان پتانسیل موانع پیوند. زمانی که غلظت الکترون‌ها در یک سمت، یعنی سمت پی-نوع پیوند بالاتر می‌شود و غلظت حفره‌ها در سمت دیگر، یعنی سمت ان-نوع پیوند بیشتر می‌شود، پیوند پی-ان مانند یک سلول باتری کوچک عمل می‌کند. یک ولتاژ تنظیم می‌شود که به عنوان ولتاژ فوتولکتریک شناخته می‌شود. اگر ما یک بار کوچک را به سمت پیوند متصل کنیم، جریان کوچکی از آن عبور خواهد کرد.

ویژگی‌های V-I سلول فتوولتائیک

مواد استفاده شده در سلب فتوولی

موادی که برای این منظور استفاده می‌شوند باید دارای گپ باند نزدیک به ۱.۵eV باشند. مواد معمولاً استفاده شده عبارتند از:

1. سیلیکون.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

معیارهای مواد استفاده شده در سلب فتوولی

1. باید دارای گپ باندی از ۱eV تا ۱.۸eV باشد.

2. باید دارای جذب نوری بالا باشد.

3. باید دارای هدایت الکتریکی بالا باشد.

4. مواد اولیه باید در فراوانی موجود باشند و هزینه مواد باید کم باشد.

مزایای سلب فتوولی

1. عدم آلودگی مرتبط با آن.

2. باید برای مدت طولانی دوام بیاورد.

3. هزینه نگهداری ندارد.

معایب سلب فتوولی

1. هزینه نصب بالاست.

2. کارایی کم است.

3. در روزهای ابری انرژی تولید نمی‌شود و همچنین در شب نمی‌توانیم انرژی فتوولتائیک دریافت کنیم.

کاربردهای سیستم‌های تولید انرژی فتوولتائیک

1. می‌تواند برای شارژ باتری‌ها استفاده شود.

2. در مترهای نوری استفاده می‌شود.

3. برای تغذیه ماشین‌حساب‌ها و ساعت‌های دستی استفاده می‌شود.

4. می‌تواند در فضاپیماها برای تأمین انرژی الکتریکی استفاده شود.

نتیجه‌گیری: اگرچه سلب فتوولی بعضی معایب دارد، اما این معایب با پیشرفت تکنولوژی می‌توانند حل شوند. چون تکنولوژی پیش می‌رود، هزینه صفحات فتوولتائیک و همچنین هزینه نصب کاهش خواهد یافت تا همه بتوانند سیستم را نصب کنند. علاوه بر این، دولت بر انرژی فتوولتائیک تأکید زیادی می‌کند، بنابراین پس از چند سال می‌توانیم انتظار داشته باشیم که هر خانوار و هر سیستم الکتریکی با انرژی فتوولتائیک یا منابع انرژی تجدیدپذیر تغذیه شود.

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوب ارزش به اشتراک گذاشتن را دارند، اگر نقض حق نشر وجود داشته باشد لطفاً تماس بگیرید ت