Tyrinėjimas
Minčių lietaus veiklos klasėje
Pagrindinis klausimas. Be šviesos nėra fotovoltinės srovės: kas nutinka fotonams, kai jie patenka į saulės elementą, ir kaip jie sukuria elektros signalą, galintį maitinti prietaisus?
Paskatinamieji klausimai
Kas lemia, ar fotonas gali sukurti elektros energiją saulės elemente?
Fotonų energija turi viršyti puslaidininkio draudžiamąją juostą; silicio draudžiamoji juosta (~1,1 eV) reiškia, kad tik fotonai, kurių bangos ilgis trumpesnis nei ~1100 nm (matoma ir artimoji infraraudonoji šviesa), gali išlaisvinti elektronus ir sukurti srovę.
Fotonų energija turi viršyti puslaidininkio draudžiamąją juostą; silicio draudžiamoji juosta (~1,1 eV) reiškia, kad tik fotonai, kurių bangos ilgis trumpesnis nei ~1100 nm (matoma ir artimoji infraraudonoji šviesa), gali išlaisvinti elektronus ir sukurti srovę.
Kodėl negalime panaudoti visos saulės šviesos, kuri pasiekia saulės modulį?
Nes fotonai, kurių energija mažesnė už draudžiamąją juostą, praeina nesukurdami krūvininkų, o fotonai su daug didesne energija perteklinę energiją išsklaido kaip šilumą. Dėl to vienos sandūros silicio elementų teorinis didžiausias naudingumo koeficientas yra ~33 % (Shockley-Queisser riba).
Nes fotonai, kurių energija mažesnė už draudžiamąją juostą, praeina nesukurdami krūvininkų, o fotonai su daug didesne energija perteklinę energiją išsklaido kaip šilumą. Dėl to vienos sandūros silicio elementų teorinis didžiausias naudingumo koeficientas yra ~33 % (Shockley-Queisser riba).
Ar saulės elementas „kaupia“ elektrą kaip baterija?
Ne; saulės elementas generuoja srovę tik apšviestas. Fotovoltinis efektas realiu laiku sukuria krūvininkų atskyrimą ir srautą; norint kaupti energiją, reikia išorinės baterijos arba kondensatoriaus.
Kodėl kai kurie saulės moduliai veikia geriau tiesioginėje saulės šviesoje nei pavėsyje?
Nes šviesos intensyvumas (fotonų srautas) tiesiogiai lemia sukuriamų elektronų ir skylių porų kiekį. Mažesnis intensyvumas reiškia mažiau fotonų, mažiau krūvininkų ir mažesnę srovės išeigą. Įtampa išlieka gana stabili, bet srovė smarkiai sumažėja.
Nes šviesos intensyvumas (fotonų srautas) tiesiogiai lemia sukuriamų elektronų ir skylių porų kiekį. Mažesnis intensyvumas reiškia mažiau fotonų, mažiau krūvininkų ir mažesnę srovės išeigą. Įtampa išlieka gana stabili, bet srovė smarkiai sumažėja.
Mikro užduotis.
Pažymėkite saulės elemento sluoksnius (antirefleksinė danga, N tipo silicis, P-N sandūra, P tipo silicis, galinis kontaktas) naudodami užduočių lapą arba interaktyvią schemą.
Siūlomas šaltinis: Saulės elemento struktūros schema – Encyclopædia Britannica
https://www.britannica.com/technology/solar-cell
Pažymėkite saulės elemento sluoksnius (antirefleksinė danga, N tipo silicis, P-N sandūra, P tipo silicis, galinis kontaktas) naudodami užduočių lapą arba interaktyvią schemą.
Siūlomas šaltinis: Saulės elemento struktūros schema – Encyclopædia Britannica
https://www.britannica.com/technology/solar-cell