Dagens samfunnutvikler seg for hver dag som går, men tradisjonell energi representert vedfossil energi (som kull, olje, etc.) har blitt vanskeligere og vanskeligere ådekke det økende energibehovet på grunn av problemer som langeregenereringssykluser og fallende reserver og Utvikling og utnyttelse av nyenergi Så det ble satt på dagsorden.
Fotovoltaisksolcellepanel kraftproduksjon: inspirert av fotosyntese av planter
Vi vet alle atenergien som er tilgjengelig for alle levende ting på jorden i utgangspunktetkommer fra fotosyntese av planter.
Plantefotosynteserefererer til den biologiske prosessen med å syntetisere sukker frakarbondioksid og vann i plantekloroplaster under lysforhold. Siden sukker kanprodusere energi under metabolismen, lagres solenergi på denne måten.
Imidlertid erdenne energien vanskelig å bruke direkte for oss, og må generelt transformeresfør den kan bli elektrisiteten vi vanligvis bruker. Fysikkens prinsipperforteller oss at energiomdannelsesprosessen uunngåelig vil føre til energitap.Som et resultat har emnet direkte konvertering av solenergi til elektriskenergi blitt satt på dagsordenen.
Så kan solenergikonverteres direkte til elektrisitet? Hva er faktorene knyttet til dennetransformasjonsprosessen? Dette er et bemerkelsesverdig forslag for forskere påbegynnelsen av 1800 -tallet.
Heldigvisoppnådde dette problemet et stort gjennombrudd på slutten av 1800 -tallet.
Med den"kraftigste hjernen" oppdaget han mysteriet om lys og elektrisitet
I 1887 oppdagetden berømte fysikeren Hertz (frekvensenheten er oppkalt etter ham) ved et uhelli en studie at lys som skinner på overflaten av noen materie vil forårsakeendringer i stoffets elektriske egenskaper. Senere studier har vist at dette erforårsaket av generering av elektroner, så dette fenomenet kalles"fotoelektrisk effekt."
Bilde:Skjematisk diagram over fotoelektrisk effekt
Vi må vite at påden tiden styrte de klassiske fysikkprinsippene etablert av Newton folkstenkning. Dette prinsippet mener at lys er en slags bølge som overføres i etmedium (tenkelig Når en stein kastes i innsjøen, svinger overflaten av innsjøenmed krusninger som overføres utover med vann som medium), og energien tilbølgen er relatert til amplituden (vibrasjonsamplituden) (amplituden tillysbølgen er lysets intensitet).
Bilde:Steinene kastes i sjøen for å produsere krusninger
Denne hendelsenvirker veldig i samsvar med sunn fornuft. Det kan tenkes at solen ikke er sterkom vinteren, og kroppen føles varm når den utsettes for solen; mens om sommerener solen blendende, og hvis du ikke tar hensyn til å beskytte huden din, kan dubli solbrent. Derfor, under klassisk fysikk, om den fotoelektriske effekten kanforekomme avhenger av lysintensiteten; denne teorien er imidlertid i strid medresultatene fra en serie eksperimenter på den tiden.
Studier har vistat lys av noen farger for samme stoff ikke kan gi fotoelektrisk effektuavhengig av lysintensitet, og lys av noen farger kan generere elektrisk strømselv om intensiteten er veldig lav. Klassisk fysikk vil falle i krise: en stormfeier hele det vitenskapelige samfunnet. Brygger.
Stormen avlerødeleggelse, men med den kommer nytt liv. Problemet med fotoelektrisk effekt erløst av Albert Einstein slik vi kjenner det.
Einstein erkjent for sin etablering av relativitetsteorien, men du vet kanskje ikke at en såstor vitenskapsmann nesten aldri vant Nobelprisen, som kalles den høyeste æreni vitenskapelige samfunn. Diskusjonen og kontroversen har ikke stoppet så langt).
Einstein vantNobelprisen i fysikk i 1921 takket være sin kreative tolkning av den fotoelektriskeeffekten. Han foreslo at lys består av fotoner, og fotonenes natur erenergipakker. Energien i hver energipakke er relatert til frekvensen (antallendringer per tidsenhet (1s)), slik at lyset belyser objektet. Hvorvidtelektroner kan genereres på ovenstående avhenger helt av energipakken (foton)energi (frekvens), og har ingenting å gjøre med antall energipakker(lysintensitet).
Solceller er somen "sandwich"
Over har viintrodusert oppdagelsesprosessen for den fotoelektriske effekten, og vi vetogså hvordan vi kan produsere den fotoelektriske effekten. Hvordan kan degenererte elektronene brukes av oss?
Dette innebæreren annen overgang mellom konsept og energi.
Bilde:Skjematisk diagram over energinivåovergang
Et atom ersammensatt av en kjerne og ekstranukleære elektroner. Elektronene utenforkjernen er ikke spredt, men ordnet i lag i henhold til fysikkens prinsipper.Elektronene i nærheten av kjernen har lav energi, og elektronene lenger bortefra kjernen har høyere energi. Ulike lag Energiene til elektronene erforskjellige, og disse energiverdiene kalles også "energinivåer".
Under normaleforhold har de ekstranukleære elektronene alltid en tendens til å være arrangerti form av den laveste totale energien. Slike elektroner kalles"jordtilstand". Etter at atomet i grunntilstanden mottar en viss formfor energi (for eksempel et foton), vil det spontant overføre til et høyereenerginivå, som er en energinivåovergang, og elektronet etter overgangen kallesen "begeistret tilstand. "
Dessverre er deeksiterte elektronene ikke stabile og har en tendens til å gå over til lavereenerginivåer. Overskytende energi til elektronene forsvinner i form avlysenergi eller varmeenergi.
Nei, energienforsvinner bare, så vi får fortsatt ikke strøm?
Ikke bekymredeg, for å kunne lede strømmen som genereres av den fotoelektriske effekten, måvi bygge en passende enhetsstruktur, som vi ofte kaller solceller.
Enhetsstrukturener som en sandwich. Det aktive laget med fotoelektrisk effekt er sandwichet avelektrontransportlaget og hullet (den delvise elektronmangeldelen som dannesetter at elektronovergangen kalles hullet) transportlag. De to endene erelektrode materialer , vanligvis metaller og oksider. Indiumtinn (ITO).
Etter at atometi grunntilstanden mottar en viss form for energi (for eksempel et foton), vildet spontant overføre til et høyere energinivå, som er en overgang påenerginivå, og elektronet etter overgangen kalles en "eksitert tilstand." Fordi energinivået for eksitert tilstand for elektrontransportlaget erlitt lavere enn det for det aktive laget, blir elektroner i den eksitertetilstanden til det aktive laget lett overført til elektrontransportlaget istedet for å gå tilbake til grunnlaget for det aktive laget; mensgrunntilstanden til hulltransportlaget er lavere enn grunntilstanden til detaktive laget. Elektronenergien er litt høyere, og elektronet har en tendens tilå overføre til grunntilstanden til det aktive laget.
Dette er som åsette opp et lite trinn for elektronet, slik at elektronen bare trenger å"løfte foten" for å gå over, i stedet for et vanskelig hopp (hopp),så hele prosessen er lett å oppnå.
Gjennom effektivkoordinering av elektrontransportlaget og hulltransportlaget utgjør heleenheten en komplett sløyfe, og elektronene som genereres i det aktive laget kaneksporteres og brukes av oss.
Etterkonvertering får vi endelig strøm direkte fra solenergi, og dette er prinsippetom solceller.