120x240


120x240


120x240


120x240


120x240





648x60
468x60

در مطلب قبلی، با عنوان “داستان سلول های خورشیدی : ساخت، کارکرد و استفاده” با نحوه عملکرد یک سلول خورشیدی به طور مختصر آشنا شدید. در این مطلب به نحوه تبدیل سیلیکون به یک سلول خورشیدی خواهیم پرداخت.

سیلیکون برخی خصوصیات شیمیایی ویژه و منحصر به فرد دارد. به ویژه اینکه در حالت کریستالی باشد. یک اتم سیلیکون ۱۴ الکترون دارد که در سه پوسته مختلف مرتب شده اند. دو لایه اول که دو و هشت الکترون دارند کاملا پر هستند. لایه یا پوسته بیرونی تنها نیمی از ظرفیتش با چهار الکترون پر شده است. اتم سیلیکون همواره به دنبال راهی است تا لایه آخر خود را کامل کند. و برای انجام این کار الکترون های خود را با چهار اتم کناری اش به اشتراک می گذارد. مانند اینکه هر اتم با اتم های کناری دست به دست هم داده و با چهار همسایه اش متحد شوند. این همان چیزی است که آن را ساختمان متبلور یا کریستالی می خوانند و این ترکیب است که در این نوع از سلول فوتوولتائیک اهمیت فراوانی پیدا می کند.

تنها مشکل این است که سیلیکون کریستالی خالص، رسانای الکتریسیته ضعیفی است، زیرا بر خلاف مواد رسانایی همچون مس، هیچ یک از الکترون های آن برای انتقال الکتریسیته آزاد نیستند. برای حل این مشکل، سیلیکون مورد استفاده در سلول خورشیدی با برخی اتم های دیگر ترکیب شده و ناخالصی موجود، کمی شیوه کار اتم های سیلیکون را تغییر می دهد. سیلیکون را با تعداد کمی اتم های فسفر تصور کنید. شاید یک اتم به ازای هر یک میلیون اتم سیلیکون.

فسفر در لایه بیرونی خود بر خلاف ۴ الکترون سیلیکون، ۵ الکترون دارد. اما هنوز با سیلیکون های همسایه اش باند شده و تشکیل اتحاد می دهد. اما به شکلی منطقی، فسفرها هنوز یک الکترون آزاد دارند که به هیچ جا متصل نیست و عضو هیچ اتحادی هم نیست. اما در هسته فسفر پروتون مثبتی قرار دارد که آن را در جای خود نگه می دارد.

هنگامی که انرژی به سیلیکون خالص اضافه می شود، برای مثال به شکل فوتون، باعث می شود که برخی الکترون ها باندها و ارتباطات شان را شکسته و آزاد شوند. و در پس هر یک از این موارد شکست، یک حفره باقی می ماند. این الکترون ها «حاملان آزاد» نامیده می شوند و سپس به صورت تصادفی درون شبکه متبلور و کریستالی سرگردان خواهند بود و به دنبال حفره دیگری هستند تا درون آن افتاده و جریان الکتریکی را هدایت کنند. به هر صورت در سیلیکون خالص تعداد کمی از اینها وجود دارد که نمی توانند چندان مفید باشند.

سلول خورشیدیاما سیلیکون ناخالص همراه با اتم های فسفر داستان متفاوتی دارد. این ترکیب به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد تا یکی از الکترون های اضافی فسفر را از دست دهد. زیرا آنها به جایی وصل نبوده و در اشتراک با دیگر اتم ها نیستند. در نتیجه بسیاری از این الکترون ها به سادگی می شکنند. در نتیجه نسبت به سیلیکون خالص، تعداد بسیار بیشتری حامل آزاد خواهیم داشت. فرآیند اضافه کردن ناخالصی را تغلیظ می نامند و هنگامی که این کار توسط فسفر انجام شود به سیلیکون تولید شده توسط این فرایند N-type می گویند که حرف n از کلمه negative گرفته شده است. زیرا این کار باعث از دست دادن الکترون می شود. سیلیکون تغلیظ شده N-type ، رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون خالص است.

بخش دیگر سلول های خورشیدی معمول، سیلیکون تغلیظ شده با عنصر بور است. بور در لایه بیرونی خود تنها سه الکترون دارد. در این حالت سیلیکون تولیدی را P-type می نامند که از کلمه Positive گرفته شده است. زیرا این سیلیکون در لایه آخر خود جای خالی برای یک الکترون داشته و با جذب حامل ها بار مثبت پیدا می کند.

حال بگذارید ببینیم هنگامی که این دو بخش در کنار هم قرار گرفته و به تعامل با هم می پردازند چه اتفاقی می افتد. پس با ما در مطلب بعدی با عنوان “آناتومی یک سلول خورشیدی” همراه شوید.

 


  1. حمید

    با عرض سلام و خسته نباشید
    من فکر می کنم اونجا که گفته شده “شاید یک اتم به ازای هر یک میلیون اتم سیلیکون” ، اشتباهی صورت گرفته . چرا که تعداد اتمهای ناخالصی اضافه شده به سیلیکون ، حداقل یک میلیون برابر تعداد اتمهای ذاتی سیلیکون است. 16^10 =تعداد ناخالصی .
    10^10* 1.45 = تعداد اتمهای ذاتی سیلیکون.
    لطفا بررسی و اصلاح بفرمایید.

    • دانیار

      حمید عزیز، ممنون از دیدگاه شما. این متن ترجمه مطلبی است که در آدرس زیر ملاحظه می‌فرمایید:
      http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/solar-cell2.htm

      اگر دوستان دیگر هم نظری دارند، خوشحال خواهیم شد تا در این خصوص بیشتر تبادل نظر داشته باشیم. منتظر نظرات و دیدگاه های شما و بحث بر سر این موضوع هستیم.

  2. ابی

    حمید عزیز
    این مطلب کاملا صحیح است برای درک این مسایل شما باید با فیزیک کوانتوم آشنایی کامل داشته باشید

Notify via Email Only if someone replies to My Comment



دعوت به همکاری

1- از کلیه علاقمند به همکاری در بخش آموزش دعوت بعمل می‌آید رزومه فعالیتهای آموزشی خود را به آدرس info [at] danyar.ir ارسال فرمایند.

2- از کلیه علاقمندان به انرژی های تجدیدپذیر دعوت به همکاری می‌گردد. چنانچه تمایل دارید در کار ترجمه اخبار و مطالب روز با دانیار همکاری نمایید با آدرس ایمیل info [at] danyar.ir مکاتبه فرمایید.

×