Detaillierte Erklärung des Funktionsprinzips der Siliziumsolarzelle

Die Einführung in die Silizium-Solarbatterie

Si Si, Ordnungszahl 14, Atomgewicht 28.0855, mit kristallinem und amorphem Silizium in zwei Formen. Solarenergie ist unerschöpfliche erneuerbare Energie. Ist saubere Energie, verursacht keine Umweltverschmutzung.

Bei der effektiven Nutzung von Solarenergie ist die Nutzung der Photovoltaik in den letzten Jahren am schnellsten gewachsen. Die aktivsten Forschungsbereiche sind eines der bekanntesten Projekte.

Klassifizierung von Siliziumsolarzellen

Die Herstellung von Solarzellen basiert hauptsächlich auf Halbleitermaterialien. Ihr Arbeitsprinzip besteht darin, die photoelektrische photoelektrische Umwandlungsreaktion zu verwenden. Nach dem Material, um Lichtenergie nach verschiedenen Materialien zu absorbieren, kann die Solarzelle unterteilt werden in:

1, Siliziumsolarzelle;

2, anorganische Salze, wie Galliumarsenid III-v-Verbindung, Cadmiumsulfid, Kupfer-Indium-Selen, verschiedene Verbindungen für Materialien wie Batterie;

3 Solarzellen zur Herstellung von funktionellen Polymermaterialien;

4, nanokristalline Solarzellen usw.

A, Siliziumsolarzellen

1.Siliziumsolarzellen funktionieren nach Prinzip und Struktur

Das Prinzip der Solarzellen-Stromerzeugung ist hauptsächlich der photoelektrische Halbleitereffekt. Die allgemeine Hauptstruktur des Halbleiters ist wie folgt:

Siliziummaterial ist eine Art Halbleitermaterial, das Prinzip der Solarzellen-Stromerzeugung ist hauptsächlich die Verwendung des photoelektrischen Halbleitereffekts. Im Allgemeinen ist die molekulare Struktur des Halbleiters wie folgt:

Gesagt von den Siliziumatomen, negative Ladung um vier elektronische neben den Siliziumatomen.

Beim Mischen mit anderen Verunreinigungen in Siliziumkristallen wie Bor (Silber oder schwarzer Feststoff, Schmelzpunkt 2300 ° C, Siedepunkt 3658 ° C, Dichte von 2,34 g / cm, ist die Härte nach Diamant an zweiter Stelle, relativ stabil bei Raumtemperatur, mit Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium, Hochtemperaturbor reagieren auch mit vielen Metallen und Metalloxiden, Metallborid. Diese Verbindungen weisen üblicherweise eine hohe Härte, Feuerfestigkeit, hohe elektrische Leitfähigkeit und chemische Inertheit des Materials auf.) Phosphor usw., wenn sie mit Bor gemischt werden , Siliziumkristall wird es ein Loch in der Bildung geben, kann auf folgende Details verweisen:

Gesagt von den Siliziumatomen, negative Ladung um vier elektronische neben den Siliziumatomen, und gelb gesagt addierende Boratome, nur drei Elektronen um wegen Boratomen herum, so kann wie im blauen Loch gezeigt das Loch erzeugt werden, weil es keine elektronische gibt und werden sehr instabil und leicht zu absorbierende Elektronen, die einen Halbleiter vom P-Typ bilden).

Was ist ein p-Halbleiter (mit? In Halbleitermaterial können mit Silizium- oder Germaniumkristallen dotierte Triadenverunreinigungen einen Mangel an Schalenkorn von p-Halbleitern darstellen, Verunreinigungen, die mit dem Preis von fünf Elementen gemischt sind, können redundante Schalenkörner von n-Typ bilden Halbleiter.)

In ähnlicher Weise wird durch Hinzufügen von Phosphoratomen, da Phosphoratome fünf Elektronen sind, eine sehr aktive elektronische Bildung von Halbleitern vom N-Typ (negativ) gebildet. Gelbe Phosphorkerne, rot für die überschüssigen Elektronen,

Der Halbleiter vom P-Typ enthält mehr Löcher, und der Halbleiter vom n-Typ enthält mehr Elektronen, so dass dies ein PN-Übergang ist, wenn sich der Halbleiter vom p-Typ und vom n-Typ zusammen in Kontaktpotentialdifferenz bilden.

Wenn der p-Typ- und der n-Typ-Halbleiter zusammen in zwei Arten von Halbleiterschnittstellenbereichen eine spezielle dünne Schicht bilden, ist die p-Typ-Seite der Grenzfläche negativ geladen und die positiv geladene N-Seite. Dies liegt daran, dass der p-Typ-Halbleiter Loch, n-Typ Halbleiter mehr freie Elektronen, die Konzentrationsdifferenz. P das Loch wird spontane Diffusionsfläche zu N sein, N das Elektron wird sich spontan zu P-Bereich ausbreiten, infolge der Elektronen und Löcher, die ursprüngliche neutrale Anreicherung von p-Halbleiter in der Nähe der Grenzfläche ist eine negative Ladung (als Teil der Lochdiffusion in den N-Bereich), ähnlich wie bei der ursprünglichen neutralen Anreicherung von n-Halbleitern in der Nähe der Grenzfläche eine positive Ladung (als Teil der Elektronendiffusion in) P-Bereich), wobei ein N bis P "innerhalb des elektrischen Feldes" gebildet wird, um die Ausbreitung von Elektronen und Löchern zu verhindern. Erreichen Sie das Gleichgewicht und bilden Sie dann eine spezielle Potentialdifferenz für die Bildung dünner Schichten, die einen pn-Übergang bildet. Nach t Der Chip durch Licht, der pn-Übergang, das Halbleiterloch vom N-Typ bewegen den Bereich vom P-Typ und die Elektronen bewegen den Bereich vom N-Typ vom P-Typ, wodurch der Strom vom Bereich vom n-Typ zum P-Typ gebildet wird. Und dann begann er sich in PN zu bilden Sperrschichtpotentialdifferenz, dies schafft eine Stromversorgung. Hier ist eine solche Stromversorgung.

Da die Halbleiter keine guten elektrischen Leiter sind, ist die Elektronik, wenn nach dem pn-Übergang im Halbleiter der Widerstand sehr groß ist, der Verlust sehr groß. Aber wenn im oberen alles lackierte Metall, kann die Sonne nicht durch, Strom kann nicht erzeugt werden. Decken Sie daher den pn-Übergang im Allgemeinen mit einem Metallgitter ab (siehe Abbildung Kammelektrode), um die Fläche des einfallenden Lichts zu vergrößern.

Eine andere Siliziumoberfläche ist sehr leicht, reflektiert viel Sonnenlicht und kann nicht als Batterie verwendet werden. Um dies zu tun, geben Wissenschaftler ihr eine Schicht aus einem Schutzfilm, dessen Reflexionskoeffizient sehr klein ist und auf der tatsächlichen industriellen Produktion unter Verwendung von chemischem Dampf basiert Durch Abscheidung wurde eine Schicht aus Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von etwa 1000 abgeschieden. Um den Reflexionsverlust auf 5% oder weniger zu reduzieren. Eine Batterie kann Strom und Spannung liefern, ist schließlich begrenzt, so dass die Leute viel Batterie haben (typischerweise 36). parallel oder in Reihe verwendet, Solar Photovoltaik-Module.

2. Produktionsprozess von Siliziumsolarzellen

Ist in der Regel die kristalline Silizium Solarzellen in 350 ~ 450 Mikrometer dick, aus hochwertigem Silizium einschließlich der Siliziumwafer aus dem Aufzug oder Sägen auf Siliziumblockguss.

Der tatsächliche Verbrauch von Siliziummaterial mehr. Um Material zu sparen, die Herstellung von polykristallinen Silizium-Dünnschichtbatterien durch chemische Gasphasenabscheidung, einschließlich chemischer Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) und plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD). Darüber hinaus könnte das Verfahren der Flüssigphasenepitaxie (LPPE) und der Sputterabscheidung auch zur Herstellung von Dünnschichtbatterien aus polykristallinem Silizium verwendet werden.

Zweitens die Nanometer-Kristall-Solarzellenchemie

In der Solarzelle ist die Siliziumsolarzelle zweifellos die ausgereifteste Entwicklung, aber da die Kosten hoch sind, kann sie die Anforderungen einer großflächigen Popularisierung und Anwendung bei weitem nicht erfüllen. Daher waren die Menschen ständig in den Bereichen Technologie, neues Material, Zellmembran und Exploration tätig zu Aspekten wie und der jüngsten Entwicklung von Nanometer-TiO2-Kristall-Solarenergie haben Solarzellen die Aufmerksamkeit der in- und ausländischen Wissenschaftler auf sich gezogen.

Um beispielsweise sensibilisierte nanokristalline Solarzellen (DSSCs) zu färben, umfasst die Batterie hauptsächlich die mit Glassubstraten beschichteten transparenten leitenden Filme, farbstoffsensibilisierten Halbleitermaterialien, die Elektrode und den Elektrolyten usw. in mehreren Teilen.

Anode: farbstoffsensibilisierter Halbleiterfilm (TiO2-Film)

Kathode: platiniertes leitfähiges Glas

Elektrolyt: I3 / I.

Wie gezeigt, die weiße Kugel sagte TiO2, die rote Kugel sagte die Farbstoffmoleküle. Farbstoffmoleküle, um den Übergang der Sonnenenergie in den angeregten Zustand zu absorbieren, angeregte Zustände, elektronisch schnell in das benachbarte TiO2-Leitungsband, verlorene Elektronen Farbstoff erhalten schnell Kompensation von der Elektrolyt, in das TiO2-Leitungsband der Elektrizität, um in einen leitenden Film zu gelangen, und dann durch die äußere Schleife erzeugten Photostrom.

Die Vorteile der nanokristallinen TiO2-Solarzellen sind ihre günstigen Kosten und ihr einfacher Prozess sowie ihre stabile Leistung. Ihr stabiler photoelektrischer Wirkungsgrad liegt bei über 10%, die Produktionskosten für Siliziumsolarzellen betragen nur 1/5 ~ 1/10. Das Leben kann mehr als 20 Jahre erreichen. Aufgrund der Forschung und Entwicklung solcher Batterien werden Schätzungen zufolge in naher Zukunft schrittweise auf den Markt kommen.

Drei farbstoffsensibilisierte TiO2-Solarzellen von Hand

1. Herstellung eines Titandioxidfilms

(1) das erste Mahlen von Titandioxidpulver in einem Mörser mit Klebstoff

(2) und dann langsam mit einem Glasstab in leitfähiger Beschichtung auf dem Glas

(3) Setzen Sie die tio2-Membran in die Alkohollampe ein, die unter 10-15 Minuten gesintert und dann abgekühlt wird

2. Verwendung natürlicher Farbstoffe für Titandioxidfarben

Frische oder gefrorene Brombeeren, kommen Sie herein, Granatapfelkerne oder schwarzer Tee, fügen Sie einen Esslöffel Wasser und Extrusion hinzu, dann bringen Sie den tio2-Film in Farbe, es dauert ungefähr 5 Minuten, bis der Film in ein dunkles Purpur übergeht, wenn beide Seiten Filmfarbe haben ungleichmäßig, kann 5 Minuten einweichen, dann mit Alkohol abspülen und weiches Papier vorsichtig trocknen.

3. Die Herstellung einer positiven Elektrode

Durch Farbstoff TiO2 für den elektronischen Fluss eines Pols (Kathode). Positive Elektrode kann aus leitfähiger Oberfläche von leitfähigem Glas (SnO2-Film mit leitfähiger Schicht beschichtet) hergestellt werden, mit einem einfachen Multimeter kann beurteilt werden, ob die Glasseite leitend sein kann, verwenden Sie auch Ihre Finger Urteile fällen, leitende Oberfläche ist rau. Wie gezeigt, die andere leitende Oberfläche mit "+" markiert, dann einen Bleistift in der leitenden Oberfläche verwenden, die gleichmäßig mit einer Graphitschicht beschichtet ist.

4. Den Elektrolyten anschließen

Unter Verwendung von Jodionen in der Lösung als Solarenergie-Batterieelektrolyt wird es hauptsächlich zur Farbstoffreduktion und -regeneration verwendet. Wie im tio2-Film auf der Oberfläche gezeigt, geben Sie ein bis zwei Tropfen Elektrolyt hinzu.

5. Batteriebaugruppe

Nachdem die Farbe des Titandioxidfilms mit der Vorderseite nach oben auf dem Tisch liegt, ein bis zwei Tropfen auf eine Membran, die Jod und Jodionenelektrolyt enthält, und dann in die positive Elektrode, die nach unten auf den tio2-Film gerichtet ist. Versetzen Sie zwei Glasstücke leicht mit zwei Clips fest die Batterien, ein Teil der beiden Glasstücke, die zum Verbinden von Drähten freigelegt sind. Auf diese Weise wird Ihre Solarzelle hergestellt.

6. Die Batterie der Tests

Außerhalb der Sonne, um zu testen, ob Ihre Solarzellen elektrischen Strom erzeugen können.

Struktur

Gesagt von den Siliziumatomen, negative Ladung um vier elektronische neben den Siliziumatomen.

Wenn es mit anderen Verunreinigungen in Siliziumkristallen wie Bor, Phosphor usw. gemischt wird, wenn es mit Bor gemischt wird, gibt es ein Loch in der Bildung des Siliziumkristalls, auf das unten Bezug genommen werden kann:

Sagte von den Siliciumatomen, negative Ladung um vier elektronische neben den Siliciumatomen. Und gelb sagte das Hinzufügen von Boratomen, nur drei Elektronen herum wegen Boratomen, so kann blaues Loch erzeugen.

Wenn der p-Typ- und der n-Typ-Halbleiter zusammen in zwei Arten von Halbleiter-Grenzflächenbereichen eine dünne Schicht von Spezial) bilden, breitet sich das Elektron auf P aus, P das Loch breitet sich auf den N-Bereich aus, sobald die Diffusion gebildet ist durch ein N bis P "innerhalb des elektrischen Feldes", um eine Proliferation zu verhindern. Bis nach Erreichen des Gleichgewichts eine spezielle Potentialdifferenz für die Bildung dünner Schichten gebildet wurde, ist dies ein PN-Übergang.

Da Halbleiter keine guten elektrischen Leiter sind, sollte die Elektronik nach dem Durchlaufen des pn-Übergangsflusses im Halbleiter im Allgemeinen den pn-Übergang mit einem Metallgitter (wie in der Abbildung Kammelektrode gezeigt) abdecken, um die Fläche des einfallenden Lichts zu vergrößern.

Eine andere Siliziumoberfläche ist sehr hell, reflektiert viel Sonnenlicht, kann nicht als Batterie verwendet werden, die Wissenschaftler geben ihr eine Schicht aus einem Schutzfilm, dessen Reflexionskoeffizient sehr klein ist.

Das Funktionsprinzip der Siliziumsolarzellen

Solarzelle ist eine Lichtreaktion und kann Lichtenergie in elektrische Geräte umwandeln. Kann das Material erzeugen, gibt es viele Arten von photovoltaischen Effekten, wie: monokristallines Silizium, polykristallines Silizium, amorphes Silizium, Galliumarsenid, Kupfer-Indium-Selen usw. Ihr Stromerzeugungsprinzip ist im Grunde gleich, jetzt in kristallinem Silizium, um beispielsweise den Prozess der Lichtstromerzeugung zu beschreiben. Kristallines Silizium vom P-Typ nach dotiertem Phosphor verfügbares Silizium vom N-Typ, das einen pn-Übergang bildet.

Wenn die Oberfläche einer leichten Solarzelle, ein Teil der vom Siliziummaterial absorbierten Photonen, die Übertragung der Photonenenergie auf das Siliziumatom, die elektronische Bewegung verstärkt, bildete eine Konzentration freier Elektronen auf beiden Seiten des pn-Übergangs die Potentialdifferenz, wenn eine externe Verarbeitungsschaltung unter Durch die Einwirkung der Spannung wird ein Strom durch den externen Stromkreis geleitet, um die Ausgangsleistung zu erzeugen. Das Wesentliche dieses Prozesses ist: der Prozess der Umwandlung der Photonenenergie in Elektrizität.

Der Produktionsprozess

Chemische Gasphasenabscheidung hauptsächlich SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4 oder SiH4 als Reaktionsgas, Reaktion unter bestimmten Schutzatmosphären der Siliciumatome und Abscheidung beim Erhitzen des Substrats, das Substratmaterial wählen im Allgemeinen Si, SiO2, Si3N4 usw. Eine Studie ergab, dass es im Siliziumsubstrat schwierig ist, eine größere Korngröße zu bilden, und dass es im intergranularen Raum leicht zu bilden ist. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, LPCVD zuerst auf dem Substrat zu verwenden, um eine dünne Schicht aus amorphem Silizium und dann das amorphe Silizium abzuscheiden Schichtglühen, größere Korngröße erhalten und dann auf der Schicht der Impfkristallabscheidungsdicke des polykristallinen Siliziumdünnfilms als Ergebnis ist die Rekristallisationstechnologie zweifellos eine sehr wichtige Verbindung, die Haupttechnologie des Festphasenkristallisationsverfahrens und die zentrale Schmelzrekristallisation Methode.Polykristalline Silizium-Dünnschichtbatterien zusätzlich zum Rekristallisationsverfahren, fast alle anderen Herstellungstechnologien übernommen von monokristallinen Siliziumsolarzellen, also offensichtlich die Umwandlungseffizienz von Solarzellen verbessern.

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