Разработка солнечных элементов на пористом кремнии

Введение 6
1 Анализ солнечной энергетики 8
1.1 Основные этапы развития российских технологий в области фотоэлектричества 16
1.2 Солнечные элементы 18
1.2.1 Традиционные солнечные элементы 18
1.2.2 Солнечные элементы на пористом кремнии 20
1.2.3 Солнечные элементы с квантовыми точками 22
1.2.4 Солнечные батареи, сенсибилизированные красителем 22
1.2.5 Солнечные батареи на основе полимеров 22
1.2.6 Солнечные элементы на перовскитах 23
1.2.7 Солнечные элементы на тандемной структуре por-Si+CaTiO3 24
2 Методика проведения эксперимента 25
2.1 Технология получения пористого кремния (электрохимическое анодирование) 26
2.2 Технология получения титаната кальция (экстрационно-пиролитический метод) 28
2.3 Исследование пористого кремния с помощью рентгенофазного анализа (методика РФА) 30
3 Экспериментальная часть 31
3.1 Получение матрицы пористого кремния с помощью электрохимического анодирования 31
3.2 Получение титаната кальция с помощью экстракционно-пиролитического метода 34
3.3 Исследование образцов пористого кремния с нанесенными слоями титаната кальция методом рентгенофазового анализа 35
Заключение 44
Список используемых источников 45

Весь текст будет доступен после покупки

Интерес к солнечной энергетике, как к одному из альтернативных нетрадиционных и возобновляемых источников энергоснабжения, связан с непрерывно увеличивающимся ростом потребления энергии в мире и нарастанием, в связи с этим экологических проблем («тепловое загрязнение», парниковый эффект и, как следствие, необратимое изменение климата). Основные доводы в пользу солнечной энергетики связаны с ее полной безвредностью, по крайней мере, при эксплуатации солнечных электростанций, и громадным значением солнечной энергии, поступающей на поверхность земли. Создание альтернативных источников энергии, например солнечных батарей, является в настоящее время весьма актуальным.
Проблема поиска альтернативных и возобновляемых источников тока приобретает все большую актуальность в связи с ограниченным запасом природных ресурсов. В настоящее время разработка солнечных ячеек на основе кремния, в том числе монокристаллического, аморфного, гидрогенизированного кремния не обеспечивает эффективности выше 1–12 % и производство является высоко затратным. Известен ряд сульфидов, селенидов, теллуридов, фосфидов материалов, такие как CuInSe2 (CIS), CdZnP, InP, CdTe, ZnSe, которые наносятся на различные, в том числе гибкие подложки и обладают 6–7 % эффективностью в качестве солнечных ячеек. Фотоактивными материалами являются оксиды титана, цинка, индия.
Одной из наиболее перспективных технологий солнечной энергетики является создание фотоэлектрических устройств с солнечными элементами на основе пористого кремния. Среди таких материалов перспективными является пористый кремний и оксидные пленки, которые выполняют также защитную функцию. Усиление фотоактивности можно ожидать при создании гетероструктур на основе пористого кремния и фотоактивных оксидных пленок. Создание гетероструктуры осуществляется на основе низкотемпературных, неэнергоемких процессов (электрохимический, экстракционно-пиролитический.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Анализ солнечной энергетики

Многие из нас не подозревают, что способ получения электроэнергии из солнечного света известен уже около 130 лет. Явление фотоэффекта впервые наблюдал Эдмон Бекерель в 1839 г. Это случайное открытие оставалось незамеченным на протяжении 34 лет, и лишь в 1873 г. Уилоуби Смит нашел подобный эффект при облучении светом селеновой пластины. И хотя его первые опыты были далеко несовершенны, они ознаменовали собой начало истории полупроводниковых солнечных элементов. В поисках новых источников энергии в лаборатории Бела был изобретенный кремниевый солнечный элемент, который стал предшественником современных солнечных фотопреобразователей. Лишь в начале 50-х годов ХХ столетия солнечный элемент достиг относительно высокой степени совершенства.
Как было уже указано, превращение энергии в солнечных элементах (ФЭП) основано на фотовольтаичном эффекте в неоднородных полупроводниковых структурах при влиянии на них солнечного излучения. Сейчас мы не ставим себе цель углубляться в физику этого непростого явления, поэтому коротко опишем практическую сторону дела.
Использовать энергию солнечных элементов можно также, как и энергию других источников питания, с той разницей, что солнечные элементы не боятся короткого замыкания. Каждый из них предназначен для поддержания определенной силы тока при заданном напряжении. Но в отличие от других источников тока характеристики солнечного элемента зависят от количества падающего на его поверхность света. Например, набежавшая туча может снизить исходную мощность более чем на 50 %. Кроме того отклонения в технологических режимах служат причиной разброса исходных параметров элементов одной партии. Итак, желание обеспечить максимальную отдачу от фотоэлектрических преобразователей приводит к необходимости сортировки элементов по исходным токам. Как наглядный пример можно привести следующий: в разрыв водопроводной трубы большого диаметра врезать участок трубы с намного меньшим диаметром, в результате водоток резко сократится. Что-то аналогичное происходит и в цепочке из неоднородных по исходными параметрам солнечных элементов. Кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их обращение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Вместо этого для объяснения характеристик элемента можно воспользоваться семейством простых для понимания кривых - вольтамперных характеристик (ВАХ).

Весь текст будет доступен после покупки

1. Карабанов С. М. Ключевые радиоэлектронные технологии создания энергетических установок с использованием солнечных батарей / Карабанов С. М. // Технологическое оборудование и материалы. – 1997. – №8 – С. 3 – 11.
2. Плюсы и минусы перовскитных солнечных элементов // Электронная библиотека: всё об аккумуляторах – URL: https://batteryk-com.turbopages.org/batteryk.com/s/perovskitnye-solnechnye-elementy (дата обращения 23.10.2022).
3. История развития солнечной фотоэлектрической энергетики в России // СОК – 2015. – №8. – С. 24–26 – URL: https://www.c-o-k.ru/articles/istoriya-razvitiya-solnechnoy-fotoelektricheskoy-energetiki-v-rossii (дата обращения 11.11.2022).
4. Пористый кремний // Википедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пористый_кремний#Получение (дата обращения 13.10.2022).
5. Вяткин А. Ф. Материаловедческие и технологические аспекты получения макропористого кремния // Материалы электронной техники. – 2002. – №3. – С. 58-61.
6. Почанин Ю. С. Конструкции и монтаж фотоэлектрических модулей // Научные книги: альтернативная энергетика – URL: https://fictionbook.ru/author/yuriyi_stepanovich_pochanin/konstrukcii_i_montaj_fotoyelektricheskih_moduleyi/read_online.html?page=2 (дата обращения 14.01.2023).
7. Березин А. Горизонт перовскитных событий: что мешает перовскитам завоевать солнечную энергетику – URL: https://nplus1.ru/material/2020/04/17/perovskite-solar-cells-future (дата обращения 16.10.2022).

Весь текст будет доступен после покупки