Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Электроника

Не сделать ли солнечный элемент?  Просмотрен 82

В. Н. ДАВЫДОВ, В. В. МЕНЬШИКОВ

За один год Земля получает столько солнечной энергии, что ее хватило бы человечеству на 30 000 лет. Если бы удалось найти простой способ превращения этой энергии в электрическую, то не надо было бы сжигать миллионы тонн нефти, газа и угля, чище стал бы воздух планеты. Преобразовать энергию солнечного света в энергию бегущих электронов можно с помощью полупроводников — фотоэлементов из селена, германия, кремния. Но полупроводники превращают в электрический ток не более 20% световой энергии. К тому же (и это, пожалуй, самое главное) такие фотоэлементы дороги, а значит, и вырабатываемая ими электроэнергия обходится недешево. Солнечные батареи не могут пока конкурировать с тепловыми электростанциями. А нет ли более простых устройств?

В 1966 году появились сведения о новом, фотохимическом, элементе, а вместе с ними и надежда получить прямо от Солнца дешевую электроэнергию. Однако принцип был открыт почти на 130 лет раньше. Еще в 1839 году французский физик Эдмон Беккерель заметил: если взять две одинаковые проводящие пластины, покрытые светочувствительным слоем, опустить их в прозрачный электролит, а затем одну из пластин осветить, то между электродами появится разность потенциалов. Беккерель назвал это явление фотовольтаическим. Заново открытый фотохимический элемент получил то же название.


Рис. 1. Принцип работы фотовольтаического элемента

Устройство элемента несложно: два металлических или графитовых электрода погружены в электролит (рисунок 1). Поверхность одного из электродов покрыта слоем полупроводника n-типа, например сульфида кадмия CdS. Электролитом обычно служит щелочной раствор сульфида натрия и серы. Вот как работает такой элемент. Когда полупроводниковая пластина освещена, то под действием квантов света образуется пара заряженных частиц — электрон (е-) и дырка (h+). Дырки взаимодействуют с электролитом на поверхности полупроводника, окисляя сульфид-ионы: S2- + 2 h+ —> S0

Электроны же, пройдя по цепи, восстанавливают на другом электроде свободную серу до сульфид-ионов: S0 + 2 e- —> S2-

Из уравнений реакций, протекающих на электродах, видно, что процессы на аноде и катоде взаимно обратимы, что они не изменяют состава электролита в целом и сводятся лишь к переносу зарядов внутри электролита. Заманчиво, не правда ли?

У фотовольтаического элемента пока меньший к. п. д., чем у кремниевого,— всего 9%. Зато в отличие от полупроводников он не требует химически чистых веществ, и поэтому его производство намного проще. А если так, то почему бы не сделать самостоятельно фотовольтаический элемент — хотя бы в химическом кружке?

Начинать надо с полупроводникового электрода — основной детали элемента. В металлической пластине площадью не менее 1 дм2 просверлите девять или шестнадцать отверстий диаметром 5—8 мм. Полупроводниковым материалом могут служить многие сульфиды, нитриды, селениды и оксиды. Остановим выбор на сульфиде кадмия.

Чтобы нанести на пластину слой CdS, ее поверхность надо сначала кадмировать. Опустите обезжиренную пластину на полчаса в электролитическую ванну. Состав электролита: 5—8 г желатина, 50—100 г сульфата кадмия, 50—70 г сульфата натрия, 10—20 г серной кислоты и 8—10 г фенола на 1 л раствора. Плотность тока от 5 до 10 А/дм2.

После кадмирования промойте пластину водой и погрузите на 10 минут в электролитическую ванну с раствором сульфида натрия (10 г/л). Подключите пластину к положительному полюсу источника питания. Второй электрод — графитовый, плотность тока 2—3 А/дм2. Температура растворов во всех случаях комнатная.

Готовый электрод со слоем CdS промойте водой и приступайте к сборке фотовольтаического элемента.

Удобнее всего собрать его в корпусе из оргстекла, как показано на рисунке 2. На дно поместите графитовый электрод, над ним, на высоте 6—10 мм,— полупроводниковую пластину. Присоединенные к электродам проводники выведите через отверстия в корпусе. Залейте электролит, содержащий на литр раствора 78 г сульфида натрия, 6,4 г серы и 4 г гидроксида натрия. Уровень электролита должен быть на 5 мм выше полупроводниковой пластины. Сверху приклейте крышку из прозрачного оргстекла. Элемент готов. Наступает самый волнующий момент — испытание.


Рис. 2. Устройство самодельного элемента

Замкните между собой минут на пятнадцать выводы элемента. Затем при слабом рассеянном свете подключите к нему милливольтметр (или тестер). Стрелка прибора немного отклонится. Отметив это показание, перенесите элемент на яркий солнечный свет или под электрическую лампочку. На этот раз стрелка отклонится гораздо сильнее. Разность потенциалов стала больше, а это значит, что наш фотовольтаический элемент действительно преобразует энергию света в электрическую. Иными словами — элемент работает!

Предыдущая статья:Волшебство конфетного фантика! Следующая статья:Скрипаченко В.В.
page speed (0.07 sec, direct)