Hoe maak je een eenvoudige zonnecel? Werking van fotovoltaïsche cellen

 Hoe maak je een eenvoudige zonnecel? (Stap voor Stap) | Basiswerkingsprincipe van fotovoltaïsche cellen

Inleiding tot zonnecellen of fotovoltaïsche cellen

Een zonnecel (of Fotovoltaïsche cel ) is een apparaat dat elektrische stroom produceert, hetzij door chemische actie, hetzij door licht om te zetten in elektrische stroom wanneer het wordt blootgesteld aan zonlicht. In het belang van dit artikel wordt alleen aandacht besteed aan zonnecellen.

Lees ook Typen zonnecellen en fotovoltaïsche panelen

Een zonnecel is ook bekend als fotovoltaïsche cel die elektrische stroom produceert wanneer het oppervlak wordt blootgesteld aan zonlicht. In de loop van dit artikel verwijzen we naar zonlicht als elektromagnetische straling (EM-straling).

In zonnecellen hangt de hoeveelheid elektrische energie die door de cellen wordt gegenereerd af van de intensiteit van de em-straling die het oppervlak van de cel bereikt. Zonnecel zet em-straling om in gelijkstroom. We kunnen dus zeggen dat een zonnecel een halfgeleiderovergangsapparaat is dat elektromagnetische straling die ons van de zon bereikt, omzet in elektrische energie. Zoals hierboven vermeld, is de gegenereerde stroom gelijkstroom.

Basisprincipe van een fotovoltaïsche/zonnecel

Het principe van een zonnecel is vergelijkbaar met geleiding in een halfgeleider zoals silicium. Zoals op de foto te zien is, is het donkere oppervlak het deel dat wordt blootgesteld aan zonlicht. Wanneer EM-straling het oppervlak van de cel raakt, prikkelt het de elektronen en zorgt ervoor dat ze van het ene energieniveau (baan) naar het andere springen en gaten achterlaten.

Deze gaten dienen als positieve ladingsdragers, terwijl de elektronen dienen als negatieve ladingsdragers. Raak niet in de war, de elektronen of gaten vormen niet om de elektrische ladingen te geven. Ze dragen alleen de aanklacht. Hierdoor wordt EM-straling omgezet in elektrische energie. Zonnecellen zijn in principe gemaakt van halfgeleiders zoals silicium en selenium, de meest gebruikte.

Laten we, om dit beter te begrijpen, eens kijken naar de verschillende soorten halfgeleidermateriaal, aangezien de materialen die op grote schaal worden gebruikt bij de productie van zonnecellen halfgeleiders zijn.

Soorten halfgeleiders

We hebben twee soorten halfgeleiders:intrinsieke en extrinsieke halfgeleiders.

Intrinsieke halfgeleiders :

Dit zijn halfgeleiders die puur zijn in hun eigen vorm. Er worden geen onzuiverheden toegevoegd om hun geleidbaarheid te verbeteren. Halfgeleiders van dit type bij nul graden Celsius hebben zeer weinig of geen vrije gaten en elektronen voor geleiding.

Extrinsieke halfgeleiders :

Deze typen halfgeleiders zijn niet puur omdat ze zijn gedoteerd (stoffen die als onzuiverheden dienen, worden toegevoegd om de geleidbaarheid te verbeteren). Wanneer een halfgeleider wordt gedoteerd, worden de volgende materialen gevonden;

• P-type halfgeleiders

  Dit soort halfgeleider wordt gevormd wanneer een silicium, selenium of germanium wordt gedoteerd met een driewaardig element (element met drie valentie-elektronen) zoals boor. Gaten (positieve ladingsdragers) zijn de belangrijkste ladingsdragers in dit type halfgeleider.

• N – Type halfgeleiders

  Elektronen zijn de belangrijkste ladingsdragers in dit type halfgeleider. Ze dragen negatieve ladingen. Ze worden gevormd wanneer silicium of een andere halfgeleider wordt gedoteerd met een vijfwaardig element (element met een vijfwaardig elektron in de buitenste schil).

• PN – Type halfgeleiders

  Wanneer P- en N-type halfgeleiders worden samengevoegd door ze te smelten, d.w.z. door de oppervlakken die in contact komen te onderwerpen aan een hoge temperatuur (ze niet volledig smelten zodat ze één geheel vormen), wordt er een grens of een overgang gevormd tussen hen die in de orde van 10 ^-3 is mm. Die gevormde kruising wordt PN-overgang genoemd. Een hoge concentratie aan gaten aan de ene kant van een junctie en een hoge concentratie aan elektronen aan de andere kant zorgen ervoor dat de twee ladingsdragers respectievelijk naar de andere kant van de junctie diffunderen.

Hoe maak je een eenvoudige fotovoltaïsche / zonnecel?

Silicium en selenium zijn de meest gebruikte halfgeleiders bij de productie van zonnecellen. Gallium, arsenide, indiumarsenide en cadmiumsulfide enz. worden ook gebruikt, maar silicium en selenium worden het meest gebruikt.

We weten dat halfgeleidermaterialen zoals silicium en selenium behoorlijk duur kunnen zijn, en we zullen het hebben over het bouwen van een zonnecel met materialen zoals silicium en ook over het bouwen van een zonnecel met goedkope materialen die bij ons verkrijgbaar zijn.

Houd er rekening mee dat het gebruik van goedkope materialen niet hetzelfde uitgangsvermogen oplevert als wanneer u silicium of selenium gebruikt en ten tweede, hoe groter het oppervlak van het materiaal dat wordt blootgesteld aan EM-straling, hoe meer energie er wordt geproduceerd.

Constructie van een zonnecel met behulp van siliciumhalfgeleider

Zoals eerder gezegd, is het oppervlak een P-type materiaal. Het materiaal van het P-type moet dun zijn zodat lichtenergie (EM-straling) de junctie kan binnendringen en het materiaal van het N-type kan bereiken om diffusie van elektronen en gaten mogelijk te maken.

De vernikkelde ring rond het P-type materiaal dient als de positieve uitgangsklem terwijl de beplating aan de onderkant van het N-type materiaal als de negatieve uitgangsklem dient.

Hoe maak je een eenvoudige zonnecel? (Stap voor stap)

Nu je weet hoe zonnecellen worden geproduceerd met silicium, gaan we eens kijken hoe we een fotovoltaïsche cel kunnen maken met verschillende materialen. In plaats van koperoxide gebruiken we verschillende materialen. De benodigde materialen zijn als volgt;

• Glazen platen (bijvoorbeeld afdekplaatjes voor microscoopglaasjes)
• Gedeïoniseerd water
• Multimeter
• Transparante tape
• Ondiepe schotel
• Elektrische kookplaat (1100W indien mogelijk)
• Titaniumdioxide-oplossing
• Koolstof (grafietpotlood of grafietsmeermiddel)
• Jodide-oplossing
• Binderclips
• Alligatorclips

In ons laatste werk was P-type materiaal naar de zon gericht en geleidt het beter dan het N-type materiaal. Glas is een halfgeleider met een gedeeltelijke geleidbaarheid. Om ervoor te zorgen dat een van de glasplaten als P-type materiaal werkt en het andere N-type materiaal, moet u ze met chemicaliën behandelen, zodat uiteindelijk de ene meer geleidend is dan de andere. De stappen zijn als volgt.

1. Reinig de oppervlakken van de twee glasplaten grondig met ethanol. Raak het oppervlak van de glasplaten na het reinigen niet aan met uw hand.
2. Test met behulp van millimeter hoe geleidend de oppervlakken van de platen zijn en let op het meest geleidende oppervlak van elk van de platen. Plaats de platen naast elkaar met het geleidende oppervlak van een van de platen naar beneden gericht en het andere geleidende oppervlak naar boven gericht.
3. Breng na stap 2 een transparante tape aan om de glasplaten bij elkaar te houden. De tape moet langs een van de lange zijden van de platen worden aangebracht. De tape moet ongeveer 1 mm van de randen overlappen. Plaats ook een tape op de buitenkant van de glasplaat naar boven gericht 4 mm – 5 mm.
4. Breng gelijkmatige druppels titaniumdioxide aan op het oppervlak van de glasplaten en verdeel de oplossing gelijkmatig. Laat de oplossing het geleidende oppervlak dat naar beneden wijst bedekken.
5. Als u klaar bent met het aanbrengen van titaniumdioxide, verwijdert u de tapes die de platen bij elkaar houden.
6. Plaats het geleidende oppervlak dat naar boven is gericht 's nachts op een elektrische kookplaat om het titaniumdioxide op de platen te bakken. Reinig het titaniumdioxide dat op het geleidende oppervlak naar beneden is gericht en plaats het op een schone plaats.
7. Pak een ondiepe schaal en vul deze met kleurstof die gemaakt is met bramen-, frambozen- of granaatappelsap enz. Week de met titaniumdioxide gecoate plaat die naar beneden is gericht gedurende ten minste 10 minuten.
8. Reinig de andere plaat met ethanol terwijl de titaniumdioxideplaat in de kleurstof zit te weken. Test de geleidbaarheid van het oppervlak na het reinigen. Markeer de zijde die geen elektrische stroom geleidt als positief. Breng grafietsmeermiddel of grafietpotlood aan over de geleidende zijde en bedek het gehele oppervlak.
9. Haal de plaat die is bedekt met titaniumdioxide uit de kleurstof. Spoel het eerst af met gedeïoniseerd water en vervolgens met ethanol. Veeg de ethanol op de plaat af met een schone tissue.
10. Monteer de twee platen zodanig dat de coatings elkaar raken met de platen enigszins verschoven. Houd de platen op hun plaats met behulp van bindclips. Ze moeten verschoven worden gemaakt omdat de randen zullen dienen als de terminals.
11. Breng druppels jodide-oplossing aan op de coating die aan zonlicht wordt blootgesteld. Laat de coatings volledig in de oplossing weken. De essentie van de jodide-oplossing is om elektronen te helpen stromen van de met titaniumdioxide beklede plaat naar de met koolstof beklede plaat wanneer ze worden blootgesteld aan EM-straling. Als de jodide-oplossing te veel is, veegt u de oplossing af van het oppervlak dat aan zonlicht wordt blootgesteld.
12. Bevestig een krokodillenklem of een krokodillenklem aan de delen van het gecoate oppervlak aan weerszijden van de cel. Eén clip bevestigd aan het oppervlak dat is bedekt met grafiet dat dient als steun, terwijl de krokodillenklem is bevestigd aan het oppervlak dat is bedekt met titaniumdioxide. Dit is natuurlijk de kathode. Sluit geleidende draden aan op de clips en plaats deze in een positie dat er licht op het oppervlak van de plaat valt. Uw zonnecel is nu klaar voor gebruik. Met de multimeter kunt u de hoeveelheid spanning en stroom die de zonnecel produceert testen. Uiteraard is het voltage niet genoeg om je telefoon op te laden, maar je kunt er een reeks van deze zonnecellen voor maken!.

Voordelen van het gebruik van zonnecellen

Hier volgen de voordelen van het gebruik van zonnecellen:

• Het maakt geen geluid
• Er is geen brandstof nodig om hem op te starten
• De drijvende kracht is vrij van aard
• Het vereist weinig onderhoud

Nadelen van het gebruik van zonnecellen

Nadelen van het gebruik van zonnecellen zijn

• Het oppervlak van de cel moet groot zijn om een ​​redelijke hoeveelheid elektrische energie te produceren.
• Als de zon zich in de wolken verbergt, wordt de hoeveelheid opgewekte energie verminderd.
• Ze kunnen niet worden gebruikt als energiebron vanwege schommelingen in de hoeveelheid opgewekte energie.

Toepassingen en gebruik van zonnecellen

Zonnecellen hebben talrijke toepassingen ondanks de nadelen die als volgt zijn:

• Groep van series – parallel geschakelde zonnecellen kunnen worden gebruikt als acculader
• Ze worden veelvuldig gebruikt als energiebron voor satellieten
• Siliconen fotovoltaïsche apparaten met meerdere eenheden kunnen worden gebruikt voor het detecteren van licht in toepassingen zoals het lezen van ponskaarten in de gegevensverwerkende industrie
• Goud – gedoteerde germaniumcellen met gecontroleerde spectrale responskarakteristiek kunnen worden gebruikt als infrarooddetectoren.

U kunt ook lezen:

• PV:soorten zonnepanelen en welke is het beste PV-paneel
• Bedradings- en installatieschema's voor zonnepanelen
• Algemene vereisten voor de installatie van het zonnepaneelsysteem
• Serieverbinding van zonnepaneel met automatisch UPS-systeem
• Hoeveel watt zonnepaneel hebben we nodig voor onze elektrische huishoudelijke apparaten?
• Een complete gids over de installatie van zonnepanelen. Stap voor stap procedure met berekening

Voer je e-mailadres in voor de nieuwste updates zoals de bovenstaande!