如何制作简单的太阳能电池？光伏电池的工作

如何构建一个简单的太阳能电池？（一步一步）| 光伏电池的基本工作原理

太阳能电池或光伏电池简介

一个太阳能电池 （或光伏电池 ) 是一种通过化学作用或在暴露于阳光下时将光转化为电流来产生电流的装置。本文只关注太阳能电池。

另请阅读太阳能电池和光伏电池板的类型

A 太阳能电池 也称为光伏电池，当表面暴露在阳光下时会产生电流。在本文中，我们将把太阳光称为电磁辐射（EM-radiation）。

在太阳能电池中，电池产生的电能数量取决于到达电池表面的电磁辐射强度。太阳能电池将 em 辐射转换为直流电流。因此，我们可以说太阳能电池是一种半导体结器件，它将从太阳到达我们的电磁辐射转换为电能。如上所述，产生的电流是直流电。

光伏/太阳能电池的基本工作原理

太阳能电池的原理操作类似于硅等半导体中的传导。如图所示，深色表面是暴露在阳光下的部分。当 EM 辐射撞击电池表面时，它会激发电子，从而使它们从一个能级（轨道）跳跃到另一个能级，留下空穴。

这些空穴充当正电荷载体，而电子充当负电荷载体。不要混淆，电子或空穴不构成提供电荷。他们只承担费用。通过这样做，EM辐射被转换为电能。太阳能电池主要由半导体制成，如硅和硒是应用最广泛的。

为了更好地理解这一点，让我们看看不同类型的半导体材料，因为广泛用于生产太阳能电池的材料是半导体。

半导体类型

我们有两种类型的半导体，即本征半导体和外征半导体。

本征半导体：

这些是它们自身形态的纯半导体。不添加杂质以提高其导电性。这种类型的半导体在零摄氏度下几乎没有或没有自由空穴和电子进行传导。

外在半导体：

这些类型的半导体不是纯的，因为它们是掺杂的（添加了作为杂质的物质以增强其导电性）。掺杂半导体时，发现以下材料；

P 型半导体

这种半导体是在硅、硒或锗中掺杂硼等三价元素（具有三个价电子的元素）而形成的。空穴（正电荷载流子）是这类半导体的主要电荷载流子。
N 型半导体

电子是这类半导体中的主要电荷载流子。它们带有负电荷。它们是在硅或任何其他半导体中掺杂五价元素（外壳中有五价电子的元素）时形成的。
PN – 半导体类型

当 P 型和 N 型半导体通过熔化连接在一起时，即使接触的表面经受高温（未完全熔化它们以使它们形成一个实体），它们之间会形成边界或结，其数量级为 10^-3 毫米。形成的结称为PN结。结一侧的高浓度空穴和另一侧的高浓度电子导致两个电荷载流子分别扩散到结的另一侧。

如何构建简单的光伏/太阳能电池？

硅和硒是太阳能电池生产中使用最广泛的半导体。镓、砷化物、砷化铟、硫化镉等也有应用，但以硅和硒应用最为广泛。

知道硅和硒等半导体材料可能非常昂贵，我们将讨论如何使用硅等材料构建太阳能电池以及如何使用可以在我们身边获得的廉价材料。

请注意，与使用硅或硒相比，使用廉价材料不会产生等效的功率输出，其次，暴露于环境中的材料表面越大电磁辐射，产生的能量越多。

使用硅半导体构建太阳能电池

前面说了，表面是P型材质。 P 型材料应该很薄，以便光能（EM 辐射）能够穿透结并到达 N 型材料，从而使电子和空穴扩散。

P 型材料周围的镀镍环作为正极输出端，而 N 型材料底部的镀层作为负极输出端。

如何构建一个简单的太阳能电池？（一步一步）

现在您已经了解了如何使用硅生产太阳能电池，让我们看看我们如何使用不同的材料生产光伏电池。我们将使用不同的材料，而不是使用氧化亚铜。所需材料如下；

玻璃板（例如显微镜载玻片盖）
去离子水
万用表
透明胶带
浅盘
电热板（如果可能，1100W）
二氧化钛溶液
碳（石墨铅笔或石墨润滑剂）
碘化物溶液
活页夹
鳄鱼夹

在我们的上一个工作中，P 型材料面向太阳并且与 N 型材料相比具有更高的导电性。玻璃是一种具有部分导电性的半导体。对于一个玻璃板作为 P 型材料而另一个 N 型材料，您必须用化学物质处理它们，以便最终其中一个比另一个更具导电性。步骤如下。

用乙醇彻底清洁两个玻璃板的表面。清洁后请勿用手触摸玻璃板表面。
使用毫米，测试板表面的导电性，并注意每个板的导电性最强的表面。将板并排放置，其中一个板的导电表面朝下，而另一个导电表面朝上。
第 2 步后，用透明胶带将玻璃板固定在一起。胶带应沿板的任何长边粘贴。胶带应与边缘重叠 1 毫米左右。还要在玻璃板的外侧贴上胶带，朝上 4 毫米 - 5 毫米。
将二氧化钛均匀滴在玻璃板表面，将溶液均匀涂抹。让溶液覆盖朝下的导电表面。
涂完二氧化钛后，取下将板固定在一起的胶带。
将导电面朝上放置在电热板上过夜，以便将二氧化钛烘烤到板上。将导电面朝下的二氧化钛清洗干净，放在干净的地方。
取一个浅盘，用黑莓、覆盆子或石榴汁等制成的染料填满。将涂有二氧化钛的盘子朝下浸泡至少10分钟。
在二氧化钛板浸泡在染料中时，用乙醇清洁另一个板。清洗后测试其表面的导电性。将不导电的一侧标记为正极。在导电面涂上石墨铅笔的石墨润滑剂并覆盖整个表面。
将涂有二氧化钛的板从染料中取出。先用去离子水冲洗，然后用乙醇冲洗。用干净的纸巾擦去板上的乙醇。
将两个板组装在一起，使涂层相互接触，并且板稍微偏移。借助活页夹将板固定到位。它们应该偏移，因为边缘将用作终端。
在暴露在阳光下的涂层上滴几滴碘化物溶液。让涂料完全浸泡在溶液中。碘化物溶液的本质是在暴露于电磁辐射时帮助电子从二氧化钛涂层板流向碳涂层板。如果碘化物溶液过量，请擦去要暴露在阳光下的表面上的溶液。
将鳄鱼夹或鳄鱼夹连接到电池两侧的涂层表面部分。一个夹子附在涂有石墨的表面上，作为支架，而鳄鱼夹附在涂有二氧化钛的表面上。这当然是阴极。将导线连接到夹子上，并将其放置在光线会落在板表面上的位置。您的太阳能电池现在可以使用了。您可以使用万用表测试太阳能电池产生的电压和电流量。显然，电压不足以给手机充电，但你可以制作一串这些太阳能电池来充电！