Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » التأثير الكهروضوئي

التأثير الكهروضوئي

1839-01-01
  • Alexandre-Edmond Becquerel
Solar panel installation demonstrating the photovoltaic effect in solid state physics.

(صورة توضيحية فقط)

التأثير الكهروضوئي هو توليد جهد وتيار كهربائي في مادة عند تعرضها للضوء. وهي ظاهرة فيزيائية وكيميائية. ومن التطبيقات الشائعة في هذا المجال الخلية الشمسية، التي تستخدم هذا التأثير لتحويل ضوء الشمس مباشرةً إلى كهرباء. ويعتمد هذا التأثير على فوتونات الضوء التي تُثير الإلكترونات إلى مستوى طاقة أعلى.

لاحظ الفيزيائي الفرنسي ألكسندر إدموند بيكريل التأثير الكهروضوئي لأول مرة عام 1839. واكتشف أن الجهد الكهربي ينشأ عند إضاءة قطب كلوريد الفضة في محلول حمضي. وظل هذا التأثير فضولًا علميًا لعقود. ويستند الفهم الحديث إلى فيزياء أشباه الموصلات. فعندما يصطدم فوتون ذو طاقة كافية بمادة شبه موصلة، فإنه يمكن أن يثير إلكترونًا، وينقله من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. وهذا يُنشئ زوجًا من الإلكترونات والفجوات. في الجهاز الكهروضوئي، يفصل مجال كهربائي داخلي، يُنشأ عادةً بواسطة وصلة p-n، حاملات الشحنة هذه. تُدفع الإلكترونات إلى الجانب n والفجوات إلى الجانب p-. ويُنشئ هذا الفصل في الشحنات جهدًا كهربيًا عبر الوصلة. وإذا تم توصيل دائرة خارجية، فسوف تتدفق الإلكترونات الحرة عبر الدائرة، مما يُنشئ تيارًا مستمرًا (DC). ويجب أن تكون طاقة الفوتون أكبر من فجوة نطاق المادة شبه الموصلة حتى تحدث هذه العملية. تمر الفوتونات التي تحتوي على طاقة أقل من فجوة النطاق عبر المادة دون أن يتم امتصاصها، في حين أن الفوتونات التي تحتوي على طاقة أكبر بكثير من فجوة النطاق سيتم تحويل طاقتها الزائدة إلى حرارة، مما يقلل من الكفاءة الإجمالية للخلية.

ابتكر تشارلز فريتس أول خلية ضوئية صلبة في عام 1883، حيث غطى السيلينيوم بطبقة رقيقة من الذهب. ومع ذلك، كانت كفاءتها أقل من 1%. وجاء الإنجاز الكبير في عام 1954 في مختبرات بيل، حيث قام داريل تشابين وكالفن فولر وجيرالد بيرسون طوّر أول خلية شمسية سيليكونية عملية، محققًا كفاءة تقارب 6%. شكّل هذا الاختراع بداية العصر الحديث لـ solar power technology and was initially used for niche applications like powering satellites in space.

UNESCO Nomenclature: 2211
– Solid state physics

يكتب

Physical Phenomenon

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • تم تأكيد ذلك لاحقًا من خلال اكتشاف الإلكترون بواسطة جيه جيه تومسون (1897)
  • later Einstein’s explanation of the photoelectric effect (1905)
  • تطور فيزياء أشباه الموصلات ونظرية الوصلة p-n (أربعينيات القرن العشرين)
  • discovery of selenium’s photoconductivity by Willoughby Smith (1873)

التطبيقات

  • الألواح الشمسية لتوليد الطاقة على نطاق سكني وخدمي
  • محطات الطاقة الكهروضوئية
  • الآلات الحاسبة والساعات التي تعمل بالطاقة الشمسية
  • أنظمة طاقة المركبات الفضائية
  • الاستشعار عن بعد والاتصالات

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • خلايا شمسية شفافة مدمجة في النوافذ
  • أفلام شمسية مرنة وخفيفة الوزن للأجهزة الإلكترونية المحمولة والملابس
  • خلايا شمسية مترادفة من البيروفسكايت بكفاءة تتجاوز 30%
  • agrivoltaics: co-locating solar panels and agricultural crops
  • أنظمة تنقية المياه بالطاقة الشمسية للمناطق النامية
  • الطرق والمسارات الكهروضوئية
  • الخلايا الكهروضوئية المتكاملة في المباني (bipv) كعناصر هيكلية
  • طائرات بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية لرحلات طويلة المدى
  • مواد الخلايا الشمسية ذاتية الشفاء
  • أقمار الطاقة الشمسية الفضائية التي ترسل الطاقة إلى الأرض
Related to: photovoltaic effect, solar cell, semiconductor, p-n junction, electron-hole pair, photons, direct current, band gap, Becquerel, renewable energy.

السياق التاريخي

التأثير الكهروضوئي

1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850
1850

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.