Εξερεύνηση Ενότητας
Aggregazione dei criteri
Δραστηριότητες καταιγισμού ιδεών στην τάξη
Καθοδηγητική ερώτηση. Χωρίς φως, δεν υπάρχει φωτοβολταϊκό ρεύμα: τι συμβαίνει στα φωτόνια καθώς εισέρχονται στο ηλιακό κύτταρο και πώς παράγουν ένα ηλεκτρικό σήμα που μπορεί να τροφοδοτήσει συσκευές;
Ερωτήσεις καθοδήγησης
Τι καθορίζει αν ένα φωτόνιο μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό σε ένα ηλιακό κύτταρο;
Η ενέργεια του φωτονίου πρέπει να υπερβαίνει το ενεργειακό χάσμα του ημιαγωγού· το ενεργειακό χάσμα του πυριτίου (~1,1 eV) σημαίνει ότι μόνο φωτόνια με μήκος κύματος μικρότερο από ~1100 nm (ορατό και κοντά στο υπέρυθρο φως) μπορούν να απελευθερώσουν ηλεκτρόνια και να παράγουν ρεύμα.
Η ενέργεια του φωτονίου πρέπει να υπερβαίνει το ενεργειακό χάσμα του ημιαγωγού· το ενεργειακό χάσμα του πυριτίου (~1,1 eV) σημαίνει ότι μόνο φωτόνια με μήκος κύματος μικρότερο από ~1100 nm (ορατό και κοντά στο υπέρυθρο φως) μπορούν να απελευθερώσουν ηλεκτρόνια και να παράγουν ρεύμα.
Γιατί δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλο το ηλιακό φως που προσπίπτει σε ένα ηλιακό πάνελ;
Διότι φωτόνια με ενέργεια κάτω από το ενεργειακό χάσμα διαπερνούν χωρίς να παράγουν φορείς φορτίου, ενώ φωτόνια με πολύ μεγαλύτερη ενέργεια σπαταλούν την περίσσεια ενέργεια ως θερμότητα. Γι’ αυτό τα μονοστρωματικά κύτταρα πυριτίου έχουν θεωρητικό μέγιστο βαθμό απόδοσης ~33% (όριο Shockley-Queisser).
Διότι φωτόνια με ενέργεια κάτω από το ενεργειακό χάσμα διαπερνούν χωρίς να παράγουν φορείς φορτίου, ενώ φωτόνια με πολύ μεγαλύτερη ενέργεια σπαταλούν την περίσσεια ενέργεια ως θερμότητα. Γι’ αυτό τα μονοστρωματικά κύτταρα πυριτίου έχουν θεωρητικό μέγιστο βαθμό απόδοσης ~33% (όριο Shockley-Queisser).
Αποθηκεύει το ηλιακό κύτταρο ηλεκτρισμό όπως μια μπαταρία;
Όχι· τοι ηλιακό κύτταρο παράγει ρεύμα μόνο όταν φωτίζεται. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο προκαλεί διαχωρισμό και ροή φορτίου σε πραγματικό χρόνο· για αποθήκευση ενέργειας απαιτείται εξωτερική μπαταρία ή πυκνωτής.
Γιατί μερικά ηλιακά πάνελ λειτουργούν καλύτερα σε άμεσο ηλιακό φως παρά στη σκιά;
Διότι η ένταση του φωτός (ροή φωτονίων) επηρεάζει άμεσα τον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίου-οπής που παράγονται. Η χαμηλότερη ένταση σημαίνει λιγότερα φωτόνια, λιγότερους φορείς φορτίου και μειωμένη έξοδο ρεύματος. Η τάση παραμένει σχετικά σταθερή, αλλά το ρεύμα μειώνεται σημαντικά.
Διότι η ένταση του φωτός (ροή φωτονίων) επηρεάζει άμεσα τον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίου-οπής που παράγονται. Η χαμηλότερη ένταση σημαίνει λιγότερα φωτόνια, λιγότερους φορείς φορτίου και μειωμένη έξοδο ρεύματος. Η τάση παραμένει σχετικά σταθερή, αλλά το ρεύμα μειώνεται σημαντικά.
Μικρο-εργασία.
Επισημάνετε τα στρώματα ενός ηλιακού κυττάρου (αντι-ανακλαστική επίστρωση, πυρίτιο τύπου Ν, επαφή Ρ-Ν, πυρίτιο τύπου Ρ, οπίσθια επαφή) χρησιμοποιώντας ένα φύλλο εργασίας ή ένα διαδραστικό διάγραμμα.
Προτεινόμενος πόρος: Διάγραμμα Δομής Ηλιακού Κυττάρου - Encyclopædia Britannica
https://www.britannica.com/technology/solar-cell
Επισημάνετε τα στρώματα ενός ηλιακού κυττάρου (αντι-ανακλαστική επίστρωση, πυρίτιο τύπου Ν, επαφή Ρ-Ν, πυρίτιο τύπου Ρ, οπίσθια επαφή) χρησιμοποιώντας ένα φύλλο εργασίας ή ένα διαδραστικό διάγραμμα.
Προτεινόμενος πόρος: Διάγραμμα Δομής Ηλιακού Κυττάρου - Encyclopædia Britannica
https://www.britannica.com/technology/solar-cell