Реферат на тему Арсенит-галлиевые солнечные элементы и модули на их основе

Содержание:

Оглавление
Введение. 2
1. Фотоэлектрический эффект в
тонкопленочных солнечных элементах. 4
2. Строение и принцип работы
тонкопленочных солнечных элементов на основе арсенида галлия. 6
3. Световые модули на основе
арсенит-галлиевых солнечных элементов. 12
Заключение. 16
Список использованной литературы.. 18

Введение:

Введение Солнечный элемент
(фотоэлектрический элемент или фотоэлектрический элемент) представляет собой
твердотельное электрическое устройство, которое преобразует энергию света
непосредственно в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта. Энергия
света передается фотонами-маленькими пакетами или квантами света. Электрическая
энергия накапливается в электромагнитных полях, которые, в свою очередь, могут
вызывать ток электронов.

Сборки солнечных элементов
используются для изготовления солнечных модулей, которые используются для
захвата энергии от солнечного света. Когда несколько модулей собраны вместе
(например, перед установкой на систему трекера, установленную на полюсе),
полученная интегрированная группа модулей, ориентированных в одной плоскости,
называется солнечной панелью. Электрическая энергия, вырабатываемая солнечными
модулями, является примером солнечной энергии. Фотовольтаика-это область
технологий и исследований, связанных с практическим применением
фотоэлектрических элементов для производства электроэнергии из света, хотя она
часто используется специально для обозначения выработки электроэнергии из
солнечного света. Ячейки описываются как фотоэлектрические элементы, когда
источником света не обязательно является солнечный свет. Они используются для
обнаружения света или другого электромагнитного излучения вблизи видимого
диапазона, например инфракрасных детекторов, или измерения интенсивности света.

Развитие технологии солнечных
элементов началось с исследований французского физика Антуана-Сезара Беккереля
в 1839 году. Беккерель наблюдал фотоэлектрический эффект во время экспериментов
с твердым электродом в растворе электролита, когда он увидел, что напряжение
развивается, когда свет падает на электрод. Основные события кратко обсуждаются
ниже, а другие этапы можно получить, нажав на изображение, показанное ниже.

Чарльз Фриттс — первый солнечный
элемент: Первый настоящий солнечный элемент был построен около 1883 года
Чарльзом Фриттсом, который использовал переходы, образованные покрытием селена
(полупроводника) чрезвычайно тонким слоем золота. Эффективность устройства
составляла всего около 1 процента.

Альберт Эйнштейн — фотоэффект:
Альберт Эйнштейн объяснил фотоэффект в 1905 году, за что получил Нобелевскую
премию по физике в 1921 году.

Russell Ohl — Кремниевый
солнечный элемент: Ранние солнечные элементы, однако, имели эффективность
преобразования энергии менее одного процента. В 1941 году Рассел Ол изобрел
кремниевый солнечный элемент.

Джеральд Пирсон, Кэлвин Фуллер и
Дэрил Чапин — эффективные солнечные элементы: В 1954 году три американских
исследователя, Джеральд Пирсон, Кэлвин Фуллер и Дэрил Чапин, разработали
кремниевый солнечный элемент, способный к шестипроцентной эффективности
преобразования энергии при прямом солнечном свете. Они создали первые солнечные
панели. Bell Laboratories в Нью-Йорке объявили о производстве прототипа новой
солнечной батареи. Белл финансировал исследования. Первое публичное испытание
солнечной батареи Bell началось с системы телефонной связи (Americus, Джорджия)
4 октября 1955 года.

Заключение:

Заключение Солнечные элементы и
фотоэлектрические модули интенсивно изучаются с 1950-х годов, когда впервые был
создан p/n-переход на основе Si, способный преобразовывать солнечный свет в
электрическую энергию. С тех пор было сделано много шагов для получения все
более эффективных устройств, как с солнечными элементами лабораторного
масштаба, так и с коммерческими фотоэлектрическими модулями.

Было изучено много различных
материалов, которые привели к их соответствующим технологиям. Другие были
заброшены из-за невозможности получить эффективность преобразования энергии (PCE)
достаточно высокую для использования в крупномасштабном промышленном
производстве или потому, что они не производили устройства, которые были
достаточно стабильны с течением времени [1,2]. Среди наиболее успешных
технологий, безусловно, можно назвать технологии на основе монокристаллического
и многокристаллического Si [3,4], широко используемые в наземных
фотоэлектрических генераторах, и мульти — переходы на основе GaAs-технологии,
которые в основном используются для космических применений [3].

В дополнение к технологии Si были
разработаны альтернативные материалы и производственные процессы, чтобы легко
реализовать солнечные устройства. Исследование было направлено на оптимизацию
соотношения PCE/стоимость, уменьшение количества составляющих материалов и
использование легкодоступных недорогих подложек, таких как натриево-известковое
стекло, полимеры или тонкие металлические фольги. Это было началом
тонкопленочной технологии, которая продемонстрировала свой потенциал, когда
полностью автоматизированная поточная машина произвела первый фотоэлектрический
модуль на основе аморфного Si (a-Si) [5]. Успех этой технологии в основном
обусловлен двумя другими материалами: CdTe и Cu(In, Ga)Se2 (CIGS), которые
благодаря высокой эффективности получены в последние годы как в лабораторных
масштабах, так и в больших модулях [3], полностью заменили a-Si. В настоящее
время a-Si находит свое основное применение в бытовой электронике, такой как
калькуляторы, часы, игрушки и гаджеты, в то время как рынок PV почти полностью
управляется многокристаллическим кремнием (mc-Si), отводя тонкопленочную
технологию небольшому проценту рынка. Это связано, во-первых, с тем, что
технология Si была первой реализована на промышленном уровне, во-вторых,
тонкопленочная технология разработала высокоэффективные модули только в
последние десять лет, когда рынок PV уже хорошо зарекомендовал себя. Однако
тонкопленочная технология с ее алмазными наконечниками CdTe и CIGS завоевывает
все больше места на рынке фотоэлектрических технологий благодаря своей
превосходной производительности и стабильности во времени, достигнутой в
последние годы.

В настоящее время растущий спрос
на экологически чистые технологии подталкивает исследования к новым
поглотительным материалам, изготовленным из экологически чистых и богатых
элементов в земной коре, таких как: Cu2ZnSnS4 (CZTS), SnS и Sb2Se3 между
неорганическими веществами и перовскитами и полимерами среди органических
веществ. Исследования этих систем еще молоды; по этой причине конечная
производительность и стабильность солнечных элементов на основе этих
поглотителей, безусловно, улучшились.

Фрагмент текста работы:

1.
Фотоэлектрический эффект в тонкопленочных солнечных элементах Фотоэлектрический эффект имеет
много практических применений, которые включают фотоэлемент, фотопроводящие
устройства и солнечные элементы. Фотоэлемент обычно представляет собой
вакуумную трубку с двумя электродами. Один из них представляет собой
светочувствительный катод, который испускает электроны при воздействии света, а
другой-анод который поддерживается при положительном напряжении по отношению к
катоду. Таким образом, когда свет светит на катод, электроны притягиваются к
аноду, и электронный ток течет в трубке от катода к аноду. Ток можно
использовать для управления реле, которое может включить двигатель, чтобы
открыть дверь или позвонить в звонок в системе сигнализации. Система может быть
выполнена чувствительной к свету, как описано выше, или чувствительной к
удалению света, как когда пучок света, падающий на катод, прерывается, вызывая
остановку тока. Фотоэлементы также полезны в качестве экспонометров для камер,
и в этом случае ток в трубке будет измеряться непосредственно на чувствительном
измерителе.

Тесно связан с фотоэлектрическим
эффектом фотопроводящий эффект, который представляет собой увеличение
электропроводности некоторых неметаллических материалов, таких как сульфид
кадмия, при воздействии света. Этот эффект может быть довольно большим, так что
очень маленький ток в устройстве внезапно становится довольно большим при
воздействии света. Таким образом, фотопроводящие устройства имеют много таких
же применений, как фотоэлементы.

Солнечные элементы, обычно
изготовленные из специально подготовленного кремния, действуют как батарея при
воздействии света. Отдельные солнечные элементы производят напряжение около 0,6
вольт, но более высокие напряжения и большие токи могут быть получены путем
соответствующего соединения многих солнечных элементов вместе. Электричество от
солнечных батарей все еще довольно дорого, но они очень полезны для обеспечения
небольшого количества электроэнергии в отдаленных местах, где другие источники
недоступны. Вероятно, однако, что по мере снижения стоимости производства
солнечных элементов они начнут использоваться для производства большого количества
электроэнергии для коммерческого использования.

Фотоэлектрические эффекты бывают
двух типов: внешний фотоэлектрический эффект и внутренний фотоэлектрический
эффект.

Внутренний фотоэлектрический
эффект

Излучение электронов внутри
материала при попадании фотонов на поверхность металла называется внутренним
фотоэлектрическим эффектом.

Группировка всех энергетических
уровней валентных электронов называется валентной зоной. Когда фотоны попадают
на поверхность металла, часть валентных электронов (электронов более низкого
энергетического уровня) получает достаточную энергию и разрывает связь с
родительским атомом. Валентные электроны, которые разрывают связь с
родительским атомом, прыгают в зону проводимости (более высокий энергетический
уровень). Электроны в зоне проводимости не присоединены ни к одному атому.
Таким образом, они свободно перемещаются из одного места в другое.

Эти электроны, которые свободно
перемещаются из одного места в другое место, обычно называются свободными
электронами. Если свободные электроны генерируются за счет приложения света, то
они известны как фотоэлектроны. Проще говоря, электроны, испускаемые из атома
при приложении света, называются фотоэлектронами.

Это излучение фотоэлектронов
внутри материала называется внутренней фотоэмиссией или внутренним
фотоэлектрическим эффектом.

Внутренний фотоэлектрический
эффект также называют фотопроводящим эффектом или фотоэлектрическим эффектом.
Фотоэлектрический эффект-это выработка электроэнергии в результате поглощения
фотонов (света).