シリコン太陽電池の動作原理の詳細な説明

シリコンソーラーバッテリーの紹介

Si Si、原子番号14、原子番号28.0855、結晶シリコンとアモルファスシリコンの2つの形態太陽エネルギーは無尽蔵の再生可能エネルギーです。クリーンエネルギーであり、環境汚染を引き起こしません。

太陽エネルギーの有効利用において、太陽光発電の利用は近年最も急速に成長しており、最も活発な研究分野は最も注目を集めているプロジェクトの1つです。

シリコン太陽電池の分類

太陽電池の製造は主に半導体材料に基づいており、その動作原理は光電光電変換反応を使用することです。材料の余波で、さまざまな材料に従って光エネルギーを吸収します。太陽電池は次のように分類できます。

1、シリコン太陽電池;

2、ガリウム砒素III-v化合物、硫化カドミウム、電池などの材料用の銅インジウムセレン多様化合物などの無機塩。

3、機能性ポリマー材料の調製の太陽電池;

4、ナノ結晶太陽電池など。

A、シリコン太陽電池

1.シリコン太陽電池の動作原理と構造

太陽電池発電の原理は主に半導体の光電効果であり、一般的な半導体の主な構造は次のとおりです。

シリコン材料は半導体材料の一種であり、太陽電池の発電原理は主に半導体の光電効果を利用することです。一般的に半導体の分子構造は次のようになります。

シリコン原子については、シリコン原子の隣にある4つの電子機器の周りに負の電荷があると述べた。

ホウ素（銀または黒色の固体、融点2300℃、沸点3658℃、密度2.34 g / cm、硬度はダイヤモンドに次ぐ、室温で比較的安定）などのシリコン結晶の他の不純物と混合した場合、窒素、炭素、シリコン、高温ホウ素も多くの金属や金属酸化物、金属ホウ化物と反応します。これらの化合物は通常、材料の高硬度、耐火性、高導電性、化学的不活性です。）ホウ素と混合するとリンなど、シリコン結晶はそれの形成に穴がありますか以下の詳細を参照することができます：

シリコン原子については、シリコン原子の横にある4つの電子の周りに負の電荷があり、黄色は、ホウ素原子のために周りに3つの電子しかないので、青い穴に示すように、電子がないために穴を生成できます。非常に不安定になり、電子を吸収しやすくなり、P型半導体を形成します）。

、p型半導体とは何ですか（半導体材料のシリコンまたはゲルマニウム結晶にドープされたトライアド不純物は、p型半導体のシェル粒子の欠如を構成する可能性があり、5つの元素の価格と混合された不純物はn型の冗長シェル粒子を形成する可能性があります半導体。）

同様に、リン原子を追加すると、リン原子は5つの電子であるため、電子が非常にアクティブになり、N型半導体（負）が形成されます。黄色のリン原子核、過剰な電子は赤、

P型半導体はより多くの正孔を含み、n型半導体はより多くの電子を含むため、p型とn型半導体が接触電位差で一緒に形成される場合、これはPN接合です。

2種類の半導体界面領域でp型とn型の半導体が一緒になって特殊な薄層を形成する場合、界面のp型側は負に帯電し、正に帯電したN側になります。これは、p型半導体が原因です。正孔、n型半導体より多くの自由電子、濃度差。P正孔はNへの自発拡散領域になります。N電子は電子と正孔の結果としてP領域に自発的に広がり、元のレンダリングは中性濃縮になります。界面近くのp型半導体は負電荷（N領域への正孔拡散の一部として）であり、元のレンダリングと同様に、界面近くのn型半導体の中性濃縮は正電荷です（への電子拡散の一部として） P領域）、電子と正孔の拡散を防ぐために「電界内」にNからPを形成します。天びんに到達し、特殊な薄層形成電位差を形成して、pn接合を形成します。t後光でチップを形成し、pn接合、N型半導体正孔がP型領域を移動し、電子がP型領域のN領域を移動し、n型領域からP型に電流を形成し、PNに形成され始めた接合電位差、これは電源を作成します。これがそのような電源です。

半導体は電気の良い導体ではないため、半導体のpn接合の流れを通過した後、抵抗が非常に大きく、損失が非常に大きい場合、電子機器ですが、上部のすべての塗装金属では、太陽が通過できません、電流を生成できないため、入射光の面積を増やすために、一般にpn接合を金属グリッドで覆います（図の櫛形電極に示すように）。

別のシリコン表面は非常に軽く、太陽光を多く反射するため、バッテリーを使用できません。これを行うために、科学者は、化学蒸着を使用した実際の工業生産に基づいて、反射係数が非常に小さい保護フィルムの層でコーティングされています。蒸着は、約1000の厚さの窒化ケイ素膜の層を蒸着しました。反射損失を5％以下に減らすため。バッテリーは、結局のところ、電流と電圧を提供できるので、人々は多くのバッテリー（通常は36）になります。並列または直列の太陽光発電パネルで使用されます。

2.シリコン太陽電池の製造工程

通常、厚さ350〜450ミクロンの結晶シリコン太陽電池であり、リフトまたはシリコンインゴット鋳造の鋸引きからのシリコンウェーハを含む高品質のシリコンでできています。

シリコン材料の実際の消費量を増やす材料を節約するために、低圧化学蒸着（LPCVD）およびプラズマ化学気相成長（PECVD）技術プロセスを含む化学蒸着法による多結晶シリコン薄膜電池の準備。さらに、液相エピタキシー（LPPE）およびスパッタリング蒸着の方法も、多結晶シリコン薄膜電池の調製に使用できます。

第二に、ナノメートル結晶太陽電池の化学

太陽電池では、シリコン太陽電池が最も成熟した開発であることは間違いありませんが、コストが高いため、大規模な普及と応用の要件を満たすことはできません。そのため、人々は常に技術、新素材、細胞膜、探査に取り組んできました。ナノメートルのTiO2結晶化学エネルギー太陽電池の最近の開発などの側面については、国内外の科学者の注目を集めています。

例として色素増感ナノ結晶太陽電池（DSSC）を染色するために、バッテリーは主にガラス基板でコーティングされた透明導電性フィルム、色素増感半導体材料、電極および電解質などをいくつかの部分に含んでいます。

アノード：色素増感半導体膜（TiO2膜）

カソード：プラチナメッキ導電性ガラス

電解質：I3 / I

示されているように、白いボールはTiO2を言い、赤いボールは染料分子を言いました。励起状態、励起状態への太陽の光エネルギー遷移を吸収する染料分子は、電子的にTiO2伝導帯に隣接し、失われた電子はすぐに補償を受けます。電解質は、電気のTiO2伝導帯に入り、最終的に導電性フィルムになり、次に外側のループを通って光電流を生成します。

ナノ結晶TiO2太陽電池の利点は、安価でプロセスが簡単で、性能が安定していることです。10％を超える安定した光電効率、シリコン太陽電池の製造コストはわずか1 / 5〜1 / 10です。寿命は20年以上に達する可能性があります。しかし、そのような電池の研究開発の結果、近い将来、徐々に市場に出ると推定されています。

手作業で作られた3つの色素増感TiO2太陽電池

1.二酸化チタンフィルムの製造

（1）接着剤を使用した乳鉢での最初の二酸化チタン粉末の粉砕

（2）次に、ガラスに導電性コーティングを施したガラス棒でゆっくりと

（3）tio2メンブレンをアルコールランプに入れ、10〜15分で焼結し、冷却します。

2.二酸化チタンの色に天然染料を使用

新鮮なまたは冷凍のブラックベリー、入って、ザクロの種子または紅茶、大さじ1杯の水と押し出しを追加し、tio2フィルムをカラーにします。フィルムが濃い紫色になるまで約5分かかります。両面がフィルムの色の場合凹凸があり、5分間浸してからアルコールで洗い流し、柔らかい紙をやさしく乾かします。

3.正極の製造

極（陰極）の電子流用にTiO2を染色することにより、正極は導電性ガラス（導電層でコーティングされたSnO2フィルム）の導電性表面で作ることができ、簡単なマルチメータを使用してガラス面が導電性であると判断でき、指を使用することもできます判断を下すと、導電性表面が粗い。示されているように、「+」でマークされたもう一方の導電性表面は、グラファイトの層で均一にコーティングされた導電性表面に鉛筆を使用します。

4.電解液を結合します

溶液中のヨウ化物イオンを太陽エネルギー電池の電解質として使用し、主に染料の還元と再生に使用されます。表面のtio2フィルムに示されているように、電解質を1〜2滴加えます。

5.バッテリーアセンブリ

二酸化チタンフィルムの色がテーブル上で上向きになった後、ヨウ素とヨウ素イオン電解質を含む膜に1〜2滴、次にtio2フィルム上で下向きに導電性の正極に滴下します.2枚のガラスを2つのクリップでわずかに固定しますバッテリー、ワイヤーを接続するために露出した2枚のガラスの一部。このようにして、太陽電池が作られます。

6.一連のテスト

太陽の外で、太陽電池が電流を生成できるかどうかをテストします。

構造

シリコン原子については、シリコン原子の隣にある4つの電子機器の周りに負の電荷があると述べた。

ホウ素、リンなど、シリコン結晶内の他の不純物と混合すると、ホウ素と混合すると、シリコン結晶の形成に穴ができます。以下を参照してください。

シリコン原子については、シリコン原子の隣にある4つの電子の周りに負の電荷があり、黄色はホウ素原子を追加すると言ったが、ホウ素原子のために周りに3つの電子しかないので、青い穴を作ることができる。

2種類の半導体界面領域でp型とn型の半導体が一緒になって特殊な薄層を形成すると、拡散が形成されると、電子はPに広がり、Pは正孔がN領域に広がります。拡散を防ぐために、「電界内」でNからPまで。バランスがとれるまで、特別な薄層形成電位差が形成されるまで、これがPN接合です。

半導体は電気の良い導体ではないため、電子機器は、半導体内のpn接合の流れを通過した後、入射光の面積を増やすために、一般にpn接合を金属グリッドで覆います（図の櫛形電極に示すように）。

別のシリコン表面は非常に軽く、多くの太陽光を反射し、電池を使用することはできません。科学者は、反射係数が非常に小さい保護フィルムの層でコーティングされていることを示しています。

シリコン太陽電池の動作原理

太陽電池は応答性のある光であり、光エネルギーを電気機器に変換することができます。材料を生成することができ、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ガリウム砒素、銅インジウムセレンなど、さまざまな種類の光起電力効果があります。それらの基本的な同じものの発電原理は、現在結晶シリコンであり、例えば、光発電プロセスを説明するためのものです。ドープされたリンの後のP型結晶シリコン利用可能なN型シリコン、pn接合を形成します。

光子の一部がシリコン材料に吸収された光子の表面である光子の場合、シリコン原子への光子エネルギーの移動により、電子がより移動し、pn接合の両側の自由電子濃度が電位差を形成します。電圧の作用により、外部回路に電流が流れて出力電力が生成されます。このプロセスの本質は、光子エネルギーを電気に変換するプロセスです。

製造工程

反応ガスとして主にSiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4またはSiH4の化学蒸着、シリコン原子の特定の保護雰囲気下での反応、および基板の加熱による蒸着、基板材料は一般にSi、SiO2、Si3N4などを選択します。研究によると、シリコン基板では、より大きな粒子サイズを形成するのが難しく、粒界空間で簡単に形成できます。この問題の解決策は、最初に基板にLPCVDを使用して、アモルファスシリコン層の薄層を堆積し、次にアモルファスシリコンを堆積することです。層アニーリング、より大きな粒子サイズを取得し、次に多結晶シリコン薄膜のシード結晶堆積厚さの層上で、結果として、再結晶化技術は間違いなく非常に重要な1つのリンクであり、固相結晶化法と中央溶融再結晶化の主な技術です方法。再結晶化プロセスに加えて、他のほとんどすべての準備技術を採用した多結晶シリコン薄膜電池単結晶シリコン太陽電池の、それで明らかに太陽電池の変換効率を改善します。

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