Solcell: Funktionsprincip & Konstruktion (Diagram ingår)

Vad är en solcell?

En solcell (även känd som fotovoltaisk cell eller PV-cell) definieras som ett elektriskt enhet som omvandlar ljusenergi till elektrisk energi genom fotovoltaisk effekt. En solcell är i grunden en p-n-junktion-diode. Solceller är en form av fotoelektrisk cell, definierad som en enhet vars elektriska egenskaper – såsom ström, spänning eller resistans – varierar när den exponeras för ljus.

Individuella solceller kan kombineras för att forma moduler, vanligtvis kända som solpaneler. Den vanliga enskilda junctionssiliciumsolcellen kan producera en maximal öppen krets-spänning på cirka 0,5 till 0,6 volt. Detta är inte mycket i sig – men kom ihåg att dessa solceller är små. När de kombineras till en stor solpanel kan betydande mängder förnybar energi genereras.

Konstruktion av solcell

En solcell är i grunden en junktion-diode, även om dess konstruktion skiljer sig något från traditionella p-n-junktion-dioder. Ett mycket tunnt lager av p-typig halvledare växer på ett relativt tjockare n-typigt halvledarlager. Vi applicerar sedan några fina elektroder på toppen av det p-typiga halvledarlager.

Dessa elektroder hindrar inte ljuset från att nå det tunna p-typiga lagret. Just under det p-typiga lagret finns en p-n-junktion. Vi ger också en strömsamlings-elektrod vid botten av det n-typiga lagret. Vi inkapslar hela anordningen med tunnt glas för att skydda solcellen från eventuella mekaniska stötar.

Funktionsprincip för solcell

När ljus når p-n-junktionen kan ljusfotonerna enkelt tränga in i junktionen genom det mycket tunna p-typiga lagret. Ljusenergin, i form av fotoner, ger tillräcklig energi till junktionen för att skapa ett antal elektron-hål-par. Det inkommande ljuset bryter den termiska jämviktsförhållandet i junktionen. De fria elektronerna i utarmningsområdet kan snabbt komma till n-typsidan av junktionen.

På samma sätt kan hålen i utarmningsområdet snabbt komma till p-typsidan av junktionen. När de nyligen skapade fria elektronerna kommer till n-typsidan kan de inte längre korsa junktionen på grund av junktionens barriärpotential.

På samma sätt kan de nyligen skapade hålen, när de kommer till p-typsidan, inte längre korsa junktionen på grund av samma barriärpotential. Eftersom koncentrationen av elektronerna blir högre på ena sidan, dvs. n-typsidan av junktionen, och koncentrationen av hål blir mer på den andra sidan, dvs. p-typsidan av junktionen, kommer p-n-junktionen att bete sig som en liten battericell. En spänning uppstår som kallas fotospänning. Om vi ansluter en liten belastning över junktionen, kommer det att flöda en liten ström genom den.

V-I-karakteristik för en fotovoltaisk cell

Material som används i solceller

Material som används för detta ändamål måste ha en bandgap nära 1,5 eV. Vanligt förekommande material är:

1. Silikon.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Kriterier för material som ska användas i solceller

1. Måste ha en bandgap mellan 1 eV och 1,8 eV.

2. Det måste ha hög optisk absorbtion.

3. Det måste ha hög elektrisk ledningsförmåga.

4. Råmaterialet måste finnas i stora mängder och kostnaden för materialet måste vara låg.

Fördelar med solceller

1. Ingen förorening kopplad till det.

2. Den måste vara tålig länge.

3. Inga underhållskostnader.

Nackdelar med solceller

1. Den har hög installationskostnad.

2. Den har låg effektivitet.

3. Under molniga dagar kan ingen energi produceras, och även om nätterna får vi inget solenergi.

Användningar av solgenereringssystem

1. Den kan användas för att ladda batterier.

2. Används i ljusmätare.

3. Den används för att driva miniräknare och armbandsur.

4. Den kan användas i rymdfarkoster för att tillhandahålla elektrisk energi.

Slutsats: Trots att solcellen har vissa nackdelar, förväntas dessa övervinnas när tekniken utvecklas. Eftersom tekniken utvecklas kommer kostnaden för solpaneler och installationskostnaden att minska, så att alla kan installera systemet. Dessutom lägger myndigheterna stor vikt vid solenergi, så efter några år kan vi förvänta oss att varje hushåll och varje elektriskt system drivs av sol eller förnybar energikälla.

Uttryck: Respektera originaltexten, godartade artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta oss för borttagning.