O scurtă trecere în revistă a materialului de bază a electronicii moderne - siliciu. Istoria proprietăților sale de studiu, metodele de preparare și perspectivele cele mai relevante pentru utilizarea sa în viitor.
Ce este o baterie solară. În Wikipedia (versiunea în limba engleză) a indicat că acest dispozitiv transformă energia luminii solare direct în energie electrică, a cărei acțiune se bazează pe efectul fotoelectric. Înapoi în secolul al 19-lea A.E.Bekkerel - fizician francez - lucrări publicate pe radiația solară, efectuat cercetări legate în domeniul chimiei, electricitate, galvanizare (a se vedea figura 1 ..).
Prima celulă solară a apărut în 1883 sub formă de substrat seleniu acoperit cu aur. Eficiența sa a fost de aproximativ 1%, iar inventatorul - Charles Fritts - a fost un cercetător american.
Omul de știință german Genrih Gerts (vezi. Fig. 3), lucrând cu un rezonator deschis și a constatat că probabilitatea de degradare crește scânteie semnificativ atunci când sunt iluminate descarcatoare de zinc.
Sistematic studiat efectul fotoelectric savantul român Alexander Stoletov (vezi. fig. 4). Ei au fost retrase, iar prima lege fotoelectric, care prevede că cantitatea de electroni emiși ca rezultat al efectului fotoelectric este intensitatea radiației proporțională, mai degrabă decât frecvența. Frecvența luminii incidente depinde de energia photoelectron.
Acesta este postulat Einstein (vezi. Fig. 5), adăugând că energia este absorbită fotoni și energia unui foton este atat de ionizare (decuplare), desprinderea unui electron din atom, iar mesajul pe care energia cinetică (vezi. Fig. 6) .
Fig. 6. Legea lui Einstein.
Revenind din trecut până astăzi, primul lucru care vine în minte la menționarea celulelor solare este siliciu. Acesta a fost destinat să devină siliciu energia solară materiale. Larg răspândite în natură, ușurința bandgap potrivite pentru a absorbi spectrul de energie solară.
În formă simplificată, bateria solară poate fi reprezentată sub formă de „sandwich“: este compus din straturi de siliciu, dopate pentru p-n joncțiune (vezi figura 7.).
După cum se știe, semiconductori de contact cu diferite tipuri de conductivitate (e un tip n și tip p la tip p) creează un potențial barieră - zona de sarcină spațială, care este format ca urmare a difuziei de penetrare a suportului. Ca rezultat, purtători de neechilibru generare de lumină, electronii lângă tranziția, face o trecere la banda de conducție în p-material, câmpul de încărcare spațiu ademenite n-regiune. De asemenea, găurile rămase după trecerea unui electron în banda de conducție în n-material atras in regiunea p. Ca urmare, există o sarcină negativă suplimentară în n-regiune și un efect pozitiv - o p-regiune. barieră potențial redus și tensiune apare în circuitul extern. Există mai multe trepte panouri solare care captează o mare parte a spectrului, prin utilizarea unor materiale cu diferite decalaje de bandă.
În tehnologia solară de astăzi este folosit de siliciu cristalin. Există trei tipuri de fabricație a unui astfel de siliciu.
Monocristal cultivate prin metoda Czochralski (Fig. 5). Materia primă - sub formă de particule de siliciu policristalin preparat prin Siemens (, depunere chimică de vapori, vapori chimici procesul de polisiliciu depunere CVD din faza gazoasă), care descrie mai jos - este cufundat într-un creuzet și se încălzește pentru a topi formarea.
Fig. 9. primerii eșantioanelor utilizate în metoda Czochralski (Wacker / Siltronic; Burghausen, Germania).
Apoi, cufundat în tija de semințe de topitură de siliciu (Fig. 9) și începutul rotației sale, în timp ce creuzetul este rotit în direcția opusă pentru amestecarea topiturii și egalizarea temperaturii. Viteza de rotație și temperatura determină mărimea diametrului cristalului. față de solidificare este situată deasupra suprafeței topiturii, adică, cristalul crește de sus în jos. bară rotundă Ready este tăiat în placa (figura 10, 11).
În România producția de polisiliciu este reprezentata de regiunea NITOL SOLAR Irkutsk (fig. 12). Totul a început cu construcția de mai multe magazine în orașul Usolye-siberian regiunea Irkutsk, la mijlocul anilor '30 ai secolului trecut.
Primul produs a fost lansat fluid întreprindere etil, apoi - clor, apă oxigenată, clorură de polivinil, și mai mult. Activitatea de producție Astăzi NITOL SOLAR se realizează pe baza a două divizii - „Chimia“ și „siliciu policristalin“. Diviziile companiei sunt integrate într-un lanț de producție unică. Divizia de „Chemistry“ produce acid clorhidric și produse auxiliare utilizate în producerea de triclorosilanului Diviziei „siliciu policristalin“. Triclor este, la rândul său, este materia primă pentru producerea de polisiliciu (GAC).
Baza pentru prepararea siliciu policristalin este dioxid de siliciu (dioxid de siliciu). metoda de reducere a carbothermal la T = 1800 C pentru a da siliciu brut, care este ulterior supus unui tratament chimic suplimentar. (. Figura 13) Reducerea cdr-botermică a include mai multe procese chimice:
- obținerea de carbură de siliciu:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO,
- obținerea de siliciu (etapa finală):
SiO2 + 2SiC = 3Si + 2CO.
Reacția generală este după cum urmează:
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
Siliciul rezultat trebuie să fie purificat în continuare. După tratamentul cu acid clorhidric gazos uscat, sub presiune, în reactorul cu pat fluidizat la o temperatură de aproximativ 300 C - siliciu metalurgic este convertit în triclorosilanului SiHCl3 (Fig. 14).
La trecerea prin reactor ASR pe suprafața descompune tijelor la cald de semințe pentru a forma polisiliciu. Acesta este procesul Siemens, care oferă chiar mai mare puritate a polisiliciuul (vezi. Fig. 15). Pură din polisiliciu este tăiată în plăci ulterior utilizate pentru producerea de celule solare.
Energia solară continuă să crească datorită, în parte siliciu. In jurul lumii, există programe care susțin utilizarea de panouri solare pentru uz casnic. Panourile solare utilizate pe stații spațiale. Chiar și probe de aeronave cu experiență sunt alimentate cu panouri solare pe siliciu. Siliciul a dat numele de renume mondial din Silicon Valley. Acest material, fără de care este imposibil să ne imaginăm lumea modernă.
- Germania - Q-Cells, SOLARWATT, Sunways, Solarwerk.
- Japonia - Fuji Electric, Sharp Corporation, Mitsubishi Electric.
- Statele Unite ale Americii - Kyocera Solar, SunEarth Inc, American SUNCO.
Articolul pregătit și editat Filippov Yu.P. bazat pe articolul Klyuyev PV
Va rugam, rata de articol: