طریقه ساختن یک سلول خورشیدی (باطری خورشیدی)

ساختن یک باطری خورشیدی ارزان و کارآمد به وسلیه دست برای بعضی ها شاید یک رویا باشد که هنوز به آن نرسیده اند ، اما من با آزمایشات چند ساله ای که در این مورد داشتم باالخره توانستم یک باطری خورشیدی دست ساز و خیلی ارزان قیمیت درست کنم . اما زیاد هم جای خوشحالی نیست زیرا هنوز عیبهایی دارد که نیاز به تحقیقات وآزمایشات بیشتر دارد .

مواد لازم برای ساخت :

1= دیود 1N4001 به تعداد لازم ( 10 عدد )

2= انبریا سیم چین

3= ولتمتر و آمپرمتر( مالتی متر )

                                                     نحوه ی ساختن :

دیود های 4001 معمولی را با دقت به صورت افقی از وسط با انبر دست یا سیم چین دو نیم کنید ، حال با قرار دادن طرف باز دیود رو به آفتاب مستقیم ووصل کردن ولتمتر به دو سر آن شاهد ولتاژی درحدود 3/0 ولت و جریانی در حدود 40 میکرو آمپر هستیم .

 برای بدست آوردن ولتاژ بیشتر باید چند دیود را با رعایت قطبها با هم سری کنیم

و به دلیل نداشتن جریان مورد نیاز باید چند دسته از دیودهای سری شده را با هم موازی کنیم .

توجه : با یکی دو دیود نمیشود مصرف کننده ای را راه انداخت برای اینکار حداقل باید 30الی 40 دیود (بسته به ولتاژوجریان مورد نظر) را باید با هم سری و موازی کنیم.

                                 مقاله ای در مورد باطری خورشیدی

باتری خورشیدی یا سلولهای فوتو ولتایی ابزارهایی الکترونیکی هستند که با استفاده از پدیده فوتو ولتائیک ، نور یا فوتون را مستقیما به جریان و ولتاژ الکتریکی تبدیل می*کنند. دانشمندان اولین باتری خورشیدی را در سال 1954 ، با استفاده از ماده نیمه رسانای سیلیسیوم ، در آزمایشگاههای تلفن بل ساختند. 



سیر تحولی و رشد



دانشمندان و مهندسان بلافاصله به ارزش باتریهای خورشیدی برای تأمین انرژی ماهواره*ها پی*بردند، زیرا این باتریها جرم کمی دارند و هیچ بخش متحرک مکانیکی ندارند. نخستین ماهواره آمریکایی در فضا به باتریهای خورشیدی از ****** سیلیسیوم مجهز شد. و امروزه هم سلول فوتو ولتایی سیلیسیومی هنوز منبع قدرت همه سفینه*های فضایی هستند. البته در این میان کاوشگرهایی که به فراسوی منظومه شمسی و مکان میانی که نور خورشید در آنجا ضعیف است رهسپار می*شوند، استثنا هستند.

تهیه باتری خورشیدی


باتری خورشیدی اولیه از تک بلور سیلیسیوم (Si) ساخته می*شد که روی صفحات تختی کنار هم قرار می*گرفت. کاربرد این روش ، برای مصارف عمومی و تولید انرژی در فضایی بزرگ ، بسیار گران تمام می*شود. هر چند ماده خام SiO2 برای تهیه Si فراوان است، اما پالایش شن و خالص سازی کافی Si برای تهیه باتریهای خورشید پر هزینه است. برش قطعات بلوری منفرد به صورت قطعه* نازکی که ویفر نام دارند، نیازمند بریدن با الماس ، پرداخت بیشتر و بالاخره چندین عمل اضافی برای افزودن ناخالصیهای مناسب است.

کاهش هزینه ساخت

یک روش ممکن برای کاهش هزینه ، که در مورد بلوری گران قیمت نظیر Si و اخیرا گالیوم ارسنید (GuAs) ، استفاده از عدسی بزرگ و ارزان قیمت فرنل برای تمرکز نور روی سلول کوچک است. ضرایب تمرکز 25 تا 1000 با موفقیت بکار گرفته شده است. اگر چه طراحی تمرکز دهنده*ها نیاز به ردگیری دو بعدی وضعیت خورشید در طول روز است.


استفاده از مواد در باتری خورشیدی

طرح بسیار نوید بخش دیگری برای سلول فوتو ولتایی ، کاربرد ورقه*های فیلمهای بسیار نازکی است که روی مواد نظیر شیشه یا فولاد زنگ نزن نشانده می*شوند. سه ماده که به صورت ورقه*های نازک (به ضخامت تقریبی 1 تا 3 میکرومتر) نتایج فوتوولتایی خوبی بدست داده*اند. عبارتند از: سیلیسیوم هیدروژن دار آدورف (? - Si:H) ، سی اندپوم دی سلیند (CuLnSe2 یا بطور ساده CIS) و کادمیوم تلورید (CdTe). ماده* ? - Si:H به صورت ورقه*های نازک با ساختار آمورف ، ساختار چند بلوری با دانه*هایی به صورت ورقه*های نازک با ساختار بلوری با دانه*هایی به اندازه حدود 1 میکرومتر کاربرد دارند.


خورشید فوتو ولتایی در باتری خورشیدی CdTe


فرآیند فوتو ولتایی در باتری خورشید CdTe در شکل زیر داده شده است. هر کوانتوم نور (فوتون) دارای انرژی hv است که در آن h ثابت پلانک و v بسامد نور است. (? = C/?) که در آن C سرعت نور و ? طول موج نور است). چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا (فاصله میان نوارهای نوارهای ظرفیت و رسانش) باشد، به آن صورت فوتون جذب ماده می*شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می*کند و به نوار رسانش می*برد که الکترون در آنجا می*تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید.



الکترون بار منفی دارد، اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است. وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند، الکترون جذب حفره مثبت می*شود و بدون ایجاد هیچ جریانی نابود خواهد شد. بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بارها برقرار شود. این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رسانا و ایجاد پیوندگاهی میان مناطق نوع n (که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند) و نوع p (که با ذرات حامل در آن مثبت است) انجام می*شود، شکل 1 پیوند ناهمگنی را نشان می*دهد که کادمیوم سولفید (CdS) نوع n و کادمیوم تلورید (CdTe) نوع p تشکیل شده است.



هنگامی که فوتون ، زوجهای الکترون - حفره را در نزدیکی این پیوندگاه n - p که در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند، فرآیند فوتو ولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت. باتری خورشیدی در این حال حفظ به اتصال های فلزی نیاز دارد. تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله ای خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود. برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (SnO2) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO) برای اتصال به CdS نیز نیکل ، گرانیت ، یا طلا برای اتصال CdTe کاربرد دارند.

روشهای مستقیم

1) تبدیل گرمایی :

در این حالت جمع آوری انرژی خورشید با قرار دادن یک سطح تیره در برابر آن انجام می پذیرد. مهم ترین نوع جمع کننده ، نوع صفحه تخت می باشد . در این جمع کننده ، انرژی جذب شده ازسوی خورشید ، به یک سیال مثل هوا یا آب منتقل می شود. در این جمع کننده عمل متمرکز کردن انرژی خورشید صورت نمی گیرد و در نتیجه محدودۀ دمایی ایجاد شده بین 40 تا 100 درجه سانتی گراد می­باشد. برای نمونه های دیگر می توان به آبگرمکن های خورشیدی ، آب شیرین کن خورشیدی و... اشاره کرد .


2) تبدیل فوتوولتائیک (تبدیل به انرژی الکتریکی):

در تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی ، از سلولهای خورشیدی استفاده می شود. اولین سلول خورشیدی در سال 1954 ، از جنس سیلیکون ، در آمریکا ساخته شد .سلولهای خورشیدی معمولی ورق های نازکی به طول حدوداً 30Cm و به قطر 3Cm تا 6Cm می باشند که قطعات سیلیکون نوع n و سیلیکون نوع p تشکیل دهندۀ آنها می باشد.الکترودهای فلزی از جنس Ti-Ag می باشند .الکترودهای فلزی در جلو به صورت شبکه ای و در عقب به طور سرتاسری است . هنگامی که اشعه خورشید به یک سلول می تابد ، جذب شده و جفت بارهای مثبت- منفی که الکترون – حفره خوانده می شوند ، ایجاد می شود . بارهای مثبت و منفی به دلیل وجود سیلیکون های نوع n وp از هم جدا می شوند . جریان الکتریکی مستقیم ایجاد شده ، توسط الکترودهای فلزی جمع آوری شده و به سمت بار الکتریکی خارجی ( مثل باتری ) جریان می یابد . بازده تبدیل انرژی حاصل از سلولهای سیلیکون معمولا بین ۱۰ تا ۱٥ درصد می باشد . دیگر موادی که برای ساختن سلولهای خورشیدی به کار
می روند ، آرسنید گالیم ، تلرید کادمیم و سولفید کلسیم می باشند . در خودروهای خورشیدی از سلولهای الکتریکی برای تولید برق استفاده
می شود.