Что такое солнечные батареи презентация

Презентация по физике на тему:»Солнечная батарея и ее использование в физике»
презентация к уроку по физике (8 класс) по теме

Презентация по физике 8 класса на тему:»Солнечная батарея и ее использование в физике»

Скачать:

Вложение	Размер
презентация по физике 8 класс	1.52 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Презентация на тему: «Солнечная батарея и ее использование в физике.» Выполнила: учитель физики первой категории Ветчинова Елена Евгеньевна МОБУ « Паникинская СОШ»

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

История открытия солнечной энергии Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров. Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода, налитая в немудреное приспособление, нагревалась солнцем до 88 ° С. В 1774 году великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит — за минуту.

Первые солнечные батареи, способные преобразовывать солнечную энергию в механическую, были построены опять-таки во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель О. Мушо демонстрировал инсолятор — аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час. Через несколько лет в США построили подобный аппарат мощностью в 15 лошадиных сил.

Подходили годы, инсоляторы использующие солнечную энергию совершенствовались, но принцип оставался прежним: солнце — вода — пар. Но вот, в 1953 году ученые Национального аэрокосмического агентства США создали настоящую солнечную батарею — устройство, непосредственно преобразующее энергию солнца в электричество.

Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важное достоинство — долговечность. При том, что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этого солнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту.

Большое количество научных экспериментов и тонких технологий требуют подчас создания огромной температуры. Идеальный вариант — солнечная энергия, способная создавать гигантские температуры на небольшой площади. Самая известная «солнечная печь» действует во французском местечке Одило . Ее подвижные зеркала концентрируют энергию солнца с большой площади на площадке менее одного квадратного метра. Эта площадка находится на небольшой башне перед системой зеркал. В ясные дни в фокусе зеркал удается достигнуть температуры в 3300 ° С. С ее помощью в Одило создают материалы с особенными свойствами, которые невозможно получить в традиционной металлургии. Солнечные батареи на верблюде

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны; двигатель Стирлинга и т. д. гелиотермальная энергетика — Нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).

Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

Физический принцип работы фотоэлемента Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

Солнечные батареи В наше время тема развития альтернативных способов получения энергии как нельзя более актуальна. Традиционные источники стремительно иссякают и уже через каких-нибудь пятьдесят лет могут быть исчерпаны. И уже сейчас энергетические ресурсы довольно дороги и в значительной мере влияют на экономику многих государств. Всё это заставляет жителей нашей планеты искать новые способы получения энергии. И одним из наиболее перспективных направлений является получение солнечной энергии. Таким образом, мы уже используем солнечную энергию в своих нуждах и все традиционные источники энергии (нефть, уголь, торф) появились на земном шаре благодаря Солнцу.

Сырье, или из чего делают солнечные батареи Ученые заявляют, что кремний (основной ресурс для производства большинства типов солнечных батарей) — второй по распространенности элемент на нашей планете. На кремний приходится более четверти общей массы земной коры, но на какой кремний? Дело в том, что в большинстве случаев это вещество встречается в виде окиси — SiO2 (припоминаете песок из детской песочницы?), а вот добыть чистый силициум ( Silicium так химики называют кремний) из этого соединения сложно, даже проблематично. Здесь имеют место стоимостные факторы, особенности технологий. Интересно отметить, что себестоимость чистого « солнечного » кремния равна себестоимости урана для АЭС, вот только запасов кремния на нашей планете в 100 тысяч раз больше.

Сегодня, в эпоху нанотехнологий, когда человек с легкостью завоевывает микромир, научные вклады инженеров могут в несколько раз ускорить процесс развития « солнечной » отрасли. Ярким примером тому может послужить заявление сотрудников норвежской компании Scatec AS. Ученые уверены, что панели, изготовленные с применением нанотехнологий, позволят снизить стоимость солнечной энергии по сравнению с распространенными сейчас фотогальваническими ячейками в 2 раза.

Типы солнечных элементов

Солнечный коллектор Эти устройства сегодня представляют собой наиболее распространённый тип солнечных преобразователей. Работа устройства осуществляется при температуре от ста до двухсот градусов. Следует сказать, что главное преимущество использования теплового солнечного преобразователя заключается в обеспечении высокого КПД.

Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи или не научной прессе. Обычно под термином « солнечная батарея » подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток . В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Хотя, для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).

Достоинства Общедоступность и неисчерпаемость источника. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки Зависимость от погоды и времени суток. Как следствие необходимость аккумуляции энергии. Высокая стоимость конструкции. Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли. Нагрев атмосферы над электростанцией.

Технологии солнечной энергетики Более чем за полвека ученые перепробовали огромное количество различных вариантов и способов добычи и использования солнечной энергии. Дорогие и малоэффективные технологии уступали место привлекательным и дешевым разработкам, которые не прекращают совершенствоваться на протяжении многих лет. Выделим самые распространенные группы технологий « солнечной » отрасли и постараемся выявить наиболее привлекательные варианты для потребителя. Для начала стоит определиться с классификацией « солнечных » технологий, разделенных учеными на 4 группы: активные, пассивные, непосредственные (или « прямые ») и непрямые (косвенные).

Источник

Презентация на тему: Солнечные батареи

Солнечные батареи Выполнил учащийся 9 классаКазанцев Владислав

ЦЕЛЬ: изучить основные направления преобразования и использования солнечной энергии;рассмотреть применение нанотехнологий в гелиоэнергетике. нашей исследовательской работы:на основе полученных знаний изготовить солнечные батареи и исследовать ее возможности

НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Преобразование солнечной энергии в тепловую Солнечный концентратор Солнечный коллектор Установка для тепловых испытаний

НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Преобразование солнечной энергии в электрическую Фотоэлементы 1-го поколения на основе кристаллического кремнияКремниевые солнечные батареи Фотоэлементы 2-го поколения наоснове тонких пленок полупроводников

КРЕМНИЕВЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ Основой устройства является поверхность соприкосновения двух типов кремния. Верхняя часть элемента прозрачна и солнечный свет без препятствий падает непосредственно на кремний. При попадании солнечного света на поверхность фотоэлемента, между двумя типами кремния возникает электрическое напряжение. При подключении к элементу нагрузки, сила тока возрастает пропорционально яркости солнечного света. Последовательно-параллельно соединенные ячейки образуют солнечную батарею.

DSCDSC Нанотехнологии Пластиковые солнечные батареи Мультислойные фотоэлементы

ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ Солнечная электростанция в пустыне Сахара Солнечный город космос Трактор на нанобатареях

Солнечная батарея из подручного материала Этап1: Зачистка медной пластины для окисленияЭтап2: Нагревание медной пластины для образования тонкого слоя оксида меди (CuO)Этап3: Использование пластины

Солнечная батарея на диодах При освещении светом полупроводник становится источником электрического тока – фотоэлементом. Чтобы превратить диод в фотоэлемент нужно добраться до полупроводникового кристалла, т.е. его вскрыть.Группы диодов собираются на пластине из текстолита по схеме

ВЫВОДЫ Гелиоэнергетика, как альтернативное направление получения электроэнергии, становится популярной и перспективной.Нанотехнологии помогут человечеству преобразовать жизнь, уменьшить отрицательное воздействие традиционной энергетики на нашу планету. Создание новых видов солнечных батарей дает огромные знания не только по физике, но и затрагивает другие науки.

Источник

Солнечные батареи. Солнечная батарея Солнечная батарея — один из генераторов так называемых альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное. — презентация

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемsolidstate.karelia.ru

Похожие презентации

Презентация на тему: » Солнечные батареи. Солнечная батарея Солнечная батарея — один из генераторов так называемых альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное.» — Транскрипт:

2 Солнечная батарея Солнечная батарея — один из генераторов так называемых альтернативных видов энергии, превращающих солнечное электромагнитное излучение в электричество. Является объектом исследования гелиоэнергетики (гелио… (греч. Ήλιος, Helios солнце). Производство солнечных батарей развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях.

3 Использование Солнечные батареи используются очень широко в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крыши жилых зданий для нагрева воды, получения электричества. В перспективе они, вероятно, будут применятся для подзарядки автомобилей. На один квадратный метр приходится около 1000 ватт солнечной энергии. С помощью наиболее распространённых солнечных батарей можно преобразовать эту энергию в электричество с КПД 9-14%. При этом цена батареи составит около 3 долл. за Ватт. Сообщается, что в отдельных лабораториях получены солнечные элементы с КПД 44%. В 2007 году появилась информация, о изобретении российскими учёными (г. Дубна) элементов с КПД 54%.

4 Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. При характерной для ФЭП равновесной температуре порядка Кельвинов и Тсолнца

6000 К их предельный теоретический КПД >90 %. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 40 %, а его увеличение до 50 % представляется вполне реальным. 90 %. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 40 %, а его увеличение до 50 % представляется вполне реальным.»>

5 Физический принцип работы солнечных батарей Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p- n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов. Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП, среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

6 Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с: отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя, прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём, рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов, рекомбинацией образовавшихся фотопар на поверхностях и в объёме ФЭП, внутренним сопротивлением преобразователя.

7 Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешно применяется различные мероприятия. К их числу относятся: использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны; направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей; переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам; оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.); применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации; разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения; создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

8 Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающих структур, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП и т. д.

9 В системах преобразования энергии СЭС (солнечных электростанций) в принципе могут быть использованы любые созданные и разрабатываемые в настоящее время типы ФЭП различной структуры на базе разнообразных полупроводниковых материалов, однако не все они удовлетворяют комплексу требований к этим системам: высокая надёжность при длительном (десятки лет!) ресурсе работы; доступность исходных материалов в достаточном для изготовления элементов системы преобразования количестве и возможность организации их массового производства; приемлемые с точки зрения сроков окупаемости энергозатраты на создание системы преобразования; минимальные расходы энергии и массы, связанные с управлением системой преобразования и передачи энергии (космос), включая ориентацию и стабилизацию станции в целом; удобство техобслуживания.

10 В качестве наиболее вероятных материалов для фотоэлектрических систем преобразования солнечной энергии СЭС в настоящее время рассматривается кремний и арсенид галлия (GaAs), причём в последнем случае речь идёт о гетерофотопреобразователях (ГФП) со структурой AlGaAs- GaAs. Гетероструктурные СЭ на основе GaAs имеют более высокий КПД, чем кремниевые (монокристаллические и особенно — аморфного кремния). КПД арсенид-галлиевых солнечных батарей доходит до 35-40%. Их максимальная рабочая температура — до +150 оС, в отличии от + 70С — у кремниевых батарей. Их теоретический КПД выше, так как ширина запрещённой зоны у них практически совпадает с оптимальной шириной запрещённой зоны для полупроводниковых преобразователей солнечной энергии 1,4 эВ. У кремниевых этот показатель 1,1 эВ.

11 Энергетическая диаграмма n-p-гетероперехода Гетеропереходы представляют собой переходы, образующиеся при контакте двух различных полупроводников. Фотоны с энергией, меньшей Eg1, но большей Eg2, будут проходить через слой первого полупроводника, который играет роль оптического окна, и поглощается во втором полупроводнике. Носители, генерируемые излучением внутри обедненного слоя и в электронейтральном объеме полупроводника в пределах диффузионной длины от перехода, будут коллектироваться переходом подобно тому, как это имеет место в солнечных элементах с n — p- гомопереходами. Фотоны с энергией, большей Eg1, поглощаются в первом полупроводнике, и переход будет коллектировать носители, генерируемые этим излучением на расстоянии от перехода, не превышающем диффузионную длину, либо непосредственно в области пространственного заряда.

12 Преимущества солнечных элементов с гетеропереходами перед обычными солнечными элементами с p — n-переходами состоят в следующем: –1) в увеличении спектрального отклика в коротковолновом диапазоне при условии, что энергия Eg1 достаточно велика и фотоны с высокой энергией поглощаются в обедненном слое второго полупроводника; –2) в понижении последовательного сопротивления при условии, что первый полупроводник можно сильно легировать, не ухудшая при этом условия прохождения света через него; –3) в высокой радиационной стойкости, если первый слой полупроводника достаточно толстый и полупроводник имеет широкую запрещенную зону.

13 Солнечные элементы на барьерах Шоттки. На рис. 26 представлена диаграмма энергетических зон освещённого солнечного элемента с барьером Шоттки. При этом слой металла должен быть достаточно тонким, чтобы основная доля света достигла полупроводника. Можно выделить три компоненты фототока. Одна из них обусловлена поглощением в металле фотонов с энергией hn ® qj В (qj В — высота барьера), что вызывает возбуждение дырок через барьер в полупроводник (эта компонента на рис. 26 обозначена цифрой 1). Попадающий в полупроводник коротковолновый свет поглощается главным образом в обеднённом слое (соответствующий фототок на рис. 26 обозначен цифрой 2). Длинноволновый свет, поглощается в нейтральном объёме полупроводника, создаёт электронно- дырочные пары; затем электроны, так же как и в случае обычного р-n — перехода, диффундируют к краю обеднённого слоя, где происходит их коллектирование (этот фототок на рис. 26 обозначен цифрой 3). В условиях, типичных для работы солнечных элементов, возбуждение светом носителей из металла в полупроводник составляет менее 1% полного фототока, и поэтому этим процессом можно пренебречь.

14 Преимущества солнечных элементов с барьерами Шоттки 1) изготовление таких элементов при низких температурах, поскольку отпадает необходимость в проведении высоковольтной операции — диффузии; 2) применение данной технологии при создании поликристаллических и тонкоплёночных солнечных элементов; 3) высокая радиационная стойкость элементов, поскольку вблизи их поверхности существует сильное электрическое поле; 4) большой выходной ток и хороший спектральный отклик, что также обусловлено непосредственным примыканием обеднённого слоя к поверхности полупроводника, вследствие чего ослабляется негативное влияние малых времен жизни и высокой скорости поверхностной рекомбинации.

15 Две основные компоненты спектрального отклика и фототока связаны с генерацией носителей в обедненном слое и в электронейтральной базовой области. Сильное поле в обеднённом слое выносит из него генерируемые светом носители еще до того, как они успевают рекомбинировать, вследствие чего фототок оказывается равным Выражение для фототока базовой области: Полный фототок равен сумме этих выражений. Для увеличения фототока следует повышать коэффициент пропускания и диффузионную длину. Однако его величина при любой заданной энергии фототока оказывается несколько меньше за счет отражения и поглощения света металлической пленкой. Коэффициент пропускания света золотыми пленками (толщиной ангстрем) с просветляющим покрытием может достигать %.

16 Нанокристаллические солнечные батареи Нанокристаллические солнечные батареи — солнечные батареи, основанные на кремниевой подложке, с покрытием из нанокристаллов. Пока предыдущие методы создания квантовых ячеек полагаются на дорогостоящие эпитаксиальные процессы, производство с использованием коллоидного синтеза позволило повысить ценовую эффективность. Тонкие плёнки нанокристаллов получаются в процессе, известном как «спин- покрытие». Он включает размещение квантовых ячеек в виде раствора на плоском субстрате, который затем вращается с большой скоростью. Раствор распределяется равномерно, а субстрат вращается до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина слоя. Фотоэлектрические ячейки, основанные на цветосенсибилизированных коллоидных плёнках TiO2 были открыты в 1991году и оказались многообещающими по своей эффективности в преобразовании световой энергии в электрическую. В связи с низкой стоимостью материалов они невероятно обнадёживают в поиске коммерчески жизнеспособных возобновляемых источников энергии. Несмотря на то, что исследования до сих пор находятся в зачаточном состоянии, в будущем квантовые ячейки, основанные на фотоэлектричестве, могут обладать преимуществами, такими, как механическая подвижность (квантовые ячейки на основе полимерных композитов), низкая стоимость, при производстве «чистой» энергии.

17 Полимерные солнечные батареи Полимерные солнечные батареи — разновидность солнечных батарей; которые производят электричество из солнечного света. Относительно новая технология, активно исследуемая в университетах, национальных лаборатироиях и нескольких компаниях по всему миру. Демонстрируются устройства-прототипы с эффективностью конверсии энергии 5%. В сравнении с устройствами, основанными на кремниевой технологии, полимерные солнечные батареи легки, (что важно для автономных датчиков малых размеров), доступны, недороги в производстве, гибки, оказывают незначительное влияние на окружающую среду, однако энергетический выход едва достигает 1/4 обычных кремниевых солнечных батарей. Полимерные солнечные батареи также страдают значительным эффектом деградации: их эффективность снижается под воздействием окружающей среды. Хорошие защитные покрытия до сих пор не разработаны. Открытым вопросом остаётся степень коммерческой конкуренции с кремниевыми солнечными батареями. Несмотря на то, что полимерные ячейки относительно дёшевы в производстве, индустрия кремниевых солнечных батарей имеет важное промышленное преимущество, будучи способной использовать кремниевую инфраструктуру, развитую для компьютерной индустрии. Однако, производители солнечных батерей находятся в невыгодном проложении, поскольку вынуждены конкурировать с (более крупной) компьютерной индустрией в снабжении высококачественным кремнием. Эффективность остаётся проблемой для этого типа технологии. Традиционные кремниевые батареи достигают эффективности 15%. Наивысшая эффективность достигнута для солнечных батарей, используемых для питания космических спутников. Такие батареи демонстрируют эффективность до 40% однако, соответственно, на два порядка выше по магнитуде кремниевых батарей.

18 Цветосенсибилизированные солнечные батареи Цветосенсибилизированные солнечные батареи — фотоэлектрохимические ячейки, в которых используются фотосенсибилизированные мезопористые оксидные полупроводники с широкой запрещённой зоной. Эти ячейки открыты в 1991 году М.Гретцелем (Michael Graetzel) и др., по имени которого и получили название ячеек Гретцеля. Солнечные батареи этого типа многообещающи, поскольку изготавливаются из дешёвых материалов и не требуют сложной аппаратуры при производстве. Ячейки имеют простую структуру, состоят из двух электродов и йодсодержащего электролита. Один электрод состоит из высокопористого насыщенного красителем нанокристаллического диоксида титана (nc-TiO2), нанесённого на прозрачную электропроводящую подложку. Другим электродом является просто прозрачная электропроводящая подложка. Работа ячейки часто сравнивается с фотосинтезом, поскольку оба процесса используют окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в электролите. Эффективность преобразования энергии в ячейке ещё не достигла уровня кремниевых солнечных батарей. В настоящее время она составляет около 10%. Теоретически возможно достичь уровня в 33%.

19 Принцип действия Солнечный свет поступает сквозь электропроводящий стеклянный электрод, насыщенный красителем, где поглощается. Когда краситель поглощает свет, один из электронов его молекулы переходит из основного состояния в возбуждённое состояние. Это явление называется «фотовозбуждение». Возбуждённый электрон перемещается от красителя в зону проводимости TiO2. Переход происходит очень быстро; он занимает только 10-15секунды. В TiO2 электрон дуффундирует через TiO2-плёнку, достигает стеклянного электрода и далее по проводнику стекает во второй электрод. Молекула красителя с потерей электрона окисляется. Восстановление молекулы красителя в первоначальное состояние происходит путём получение электрона от йодид-иона, превращая его в молекулу йода, которая в свою очередь диффундирует к противоположному электроду, получает от него электрон и снова становится йодид-ионом. По такому принципу цветосенсибилизированная солнечная батарея преобразует солнечную энергию в электрический ток, протекающий по внешнему проводнику.

20 Новые достижения (август 2006) В качестве альтернативы традиционной неорганической фотоэлектроэнергетике, цветосенсибилизированные солнечные батареи используют слой инкапсулированных наночастиц в сочетании с высокопроводящей ионной жидкостью. К сожалению, ионные жидкости, показывающие высокую эффективность конверсии при использованиии в этих новых солнечных батареях, термически и химически не стабильны и способны терять эффективность. Но исследователи из Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Лозанна, Швейцария) достигли успеха, используя в качестве новой устойчивой ионной жидкости — 1-этил-3-метилимидазолинтетрацианоборат (EMIB(CN)4), достигли уровня эффективности преобразования энергии 7% при полной освещённости даже после термического или светового старения. Для подтверждения химической и термической стабильности их солнечных батарей исследователи подвергали устройство нагреванию до 80°C в темноте на протяжении 1000 часов, а затем на свету при 60°C в течение тех же 1000 часов. После нагревания в темноте и на свету 90% исходной фотоэлектрической эффективности сохранилось — впервые такая превосходная термическая стабильность наблюдалась для жидкого ионного электролита с высокой эффективностью конверсии. В противоположность кремниевым солнечным батареям, чья производительность падает с ростом температуры, цветосенсибилизированные солнечные батареи испытывают лишь незначительное изменение, когда их температура возрастает от комнатной до 60°C.

Источник