imported>Alex NB OT: оформление ссылки на архивную копию

2025-08-04T20:41:28Z

оформление ссылки на архивную копию

Новая страница

[[Файл:CsSb photoсell.jpg|thumb|250px|Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент, использующий явление внешнего фотоэффекта]]

'''Фотоэлемент''' — [[электронный прибор]], который преобразует энергию [[фотон]]ов в [[электрическая энергия|электрическую энергию]]. Подразделяются на электровакуумные и полупроводниковые фотоэлементы<ref>Фотоэлемент // Большой Энциклопедический словарь. 2000.</ref>. Действие прибора основано на [[Фотоэлектронная эмиссия|фотоэлектронной эмиссии]] или [[Внутренний фотоэффект|внутреннем фотоэффекте]]<ref>{{БСЭ3|Фотоэлемент|автор=М. М. Колтун}}</ref>. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал [[Столетов, Александр Григорьевич|Александр Столетов]] в конце XIX века.

== Полуволные средства стимуляции ==
[[Файл:4inch poly solar cell.jpg|thumb|250px|Фотоэлемент на основе поликристаллического кремния]]
Наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются [[полупроводник]]овые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16 %, у лучших образцов до 32,5 %<ref>{{Cite web|url=https://overclockers.ru/blog/amv212/show/81501/nemeckie-uchenye-ustanovili-novyj-rekord-effektivnosti-solnechnyh-batarej-32-5-procenta|title=Overclockers.ru: Немецкие ученые установили новый рекорд эффективности солнечных батарей - 32,5 процента|website=Overclockers.ru|access-date=2023-01-05|archive-date=2023-01-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20230105145510/https://overclockers.ru/blog/amv212/show/81501/nemeckie-uchenye-ustanovili-novyj-rekord-effektivnosti-solnechnyh-batarej-32-5-procenta|url-status=live}}</ref>. В лабораторных условиях уже достигнуты КПД 43,5 %<ref>«Solar Junction Breaks Concentrated Solar World Record with 43,5 % Efficiency» [http://cleantechnica.com/2011/04/19/solar-junction-breaks-concentrated-solar-world-record-with-43-5-efficiency/] {{Wayback|url=http://cleantechnica.com/2011/04/19/solar-junction-breaks-concentrated-solar-world-record-with-43-5-efficiency/|date=20140221115159}}, [[19 апреля]], [[2011]]</ref>, 44,4 %<ref>{{Cite web |url=http://www.tycoon.by/page/sharp-razrabotala-koncentriruyuschii-fotoelement-s-kpd-444 |title=Sharp разработала концентрирующий фотоэлемент с кпд 44,4 % |access-date=2014-03-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140330112028/http://www.tycoon.by/page/sharp-razrabotala-koncentriruyuschii-fotoelement-s-kpd-444 |archive-date=2014-03-30 |url-status=dead }}</ref>, 44,7 %<ref>{{Cite web |url=http://sun-shines.ru/news/608-record-44 |title=Новый рекорд КПД фотоэлемента: 44,7 % |access-date=2014-03-30 |archive-date=2014-03-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140330113906/http://sun-shines.ru/news/608-record-44 |url-status=live }}</ref>.

Отсутствие выпрямительных диодов и эффективных [[Наноантенна|антенн на частоты электромагнитного излучения, соответствующие свету]], пока не позволяет создавать фотоэлектрические преобразователи, использующие свойства кванта как электромагнитной волны, наводящей переменную ЭДС в дипольной антенне, хотя, теоретически, это возможно. От таких устройств можно было бы ожидать не только лучшего КПД, но и меньшей температурной зависимости и деградации со временем.

=== Физический принцип работы фотоэлемента ===
Преобразование энергии в ФЭП основано на [[Фотоэлектрический эффект|фотоэлектрическом эффекте]], который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Неоднородность структуры ФЭП может быть получена [[Легирование (полупроводники)|легированием]] одного и того же полупроводника различными примесями (создание [[p-n-переход]]ов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной [[Запрещённая зона|запрещённой зоны]] — энергии отрыва электрона из атома (создание [[гетеропереход]]ов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями [[внутренний фотоэффект|внутреннего фотоэффекта]] в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:
* отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,
* прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,
* рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,
* рекомбинацией образовавшихся фотопар на поверхностях и в объёме ФЭП,
* [[внутреннее сопротивление|внутренним сопротивлением]] преобразователя,
* и некоторыми другими физическими процессами.

Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешно применяется различные мероприятия. К их числу относятся:
* использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;
* направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;
* переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;
* оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания [[p-n-переход]]а, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);
* применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;
* разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;
* создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно-переизлучающих структур, [[Линза Френеля|линз Френеля]], предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей ([[Дихроичный фильтр|дихроичных зеркал]]) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП {{nobr|и т. д.}}

== Фотоэлементы промышленного назначения ==
[[Файл:Photovoltaics cell production.svg|мини|lang=ru|419x419px]]
На [[Солнечная электростанция|солнечных электростанциях]] (СЭС) можно использовать разные типы ФЭП, однако не все они удовлетворяют комплексу требований к этим системам:
* высокая [[надёжность]] при длительном (до 25—30 лет) [[Ресурс (техника)|ресурсе]] работы;
* высокая доступность сырья и возможность организации [[массовое производство|массового производства]];
* приемлемые с точки зрения сроков [[окупаемость|окупаемости]] [[затраты|затрат]] на создание системы преобразования;
* минимальные расходы энергии и массы, связанные с управлением системой преобразования и передачи энергии (космос), включая ориентацию и стабилизацию станции в целом;
* удобство техобслуживания.

Некоторые перспективные материалы трудно получить в необходимых для создания СЭС количествах из-за ограниченности природных запасов исходного сырья или сложности его переработки.

Высокая производительность может быть достигнута лишь при организации полностью автоматизированного производства ФЭП, например на основе ленточной технологии, и создании развитой сети специализированных предприятий соответствующего профиля, то есть фактически целой отрасли промышленности. Изготовление фотоэлементов и сборка солнечных батарей на автоматизированных линиях обеспечит многократное снижение себестоимости батареи.

Кроме того, фотоэлементы используются в защитных устройствах, в системах управления производственными процессами, химических анализаторах, системах контроля за сгоранием топлива, за температурой, для контроля качества продукции массового производства, для светотехнических измерений, в указателях уровня, в счётных устройствах, для синхронизации, для автоматического открывания дверей, в реле времени, в записывающих устройствах<ref>''Саммер В.'' Фотоэлементы в промышленности. — М. — Л., Госэнергоздат, 1961. — 568 c</ref>.

== На транспорте ==
Фотоэлементы используются в [[Петербургский метрополитен|Петербургском метрополитене]] на [[Московско-Петроградская линия|Московско-Петроградской]] и [[Невско-Василеостровская линия|Невско-Василеостровской]] [[Линии и станции Петербургского метрополитена|линиях]], где находятся [[Станция закрытого типа|станции закрытого типа]], — на фотоэлемент подаётся сигнал со [[Светильник открытия станционных дверей|светильника открытия станционных дверей]], находящегося снизу кузова вагона для открытия [[Платформенные раздвижные двери|платформенных раздвижных дверей]]<ref>{{Cite web|url=https://www.fontanka.ru/2016/02/03/189/|title="Юбилейный" поезд хромает в тоннеле (фото)|lang=ru|website=Фонтанка.ру|date=2016-02-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20220808025909/https://www.fontanka.ru/2016/02/03/189/|archive-date=2022-08-08|access-date=2022-07-18|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.spb.kp.ru/online/news/3494327/|title=Метрополитен Петербурга раскрыл секрет, как открываются станционные двери|lang=ru|author=Роман ЛЯЛИН|website=kp.ru|date=2019-06-02|publisher=«[[Комсомольская правда]]»|url-status=live}}</ref><ref name="автоссылка122">{{Cite web|url=https://tvspb.ru/news/2019/06/2/v-metro-peterburga-raskryli-sekret-avtomaticheskih-dverej-na-zakrytyh-stanciyah|title=В метро Петербурга раскрыли секрет автоматических дверей на закрытых станциях|website=Телеканал Санкт-Петербург|date=2019-06-02|access-date=2024-06-17}}</ref>.

== См. также ==
* [[Органические полупроводники]]
* [[Солнечная энергетика]]
* [[Солнечная батарея]]
* [[Solar Impulse]] (официальное название HB-SIA) — европейский проект по созданию самолёта, работающего исключительно на солнечных батареях.
* [[Рулонная технология]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга|автор=Саммер В.|заглавие=Фотоэлементы в промышленности|место=М.-Л.|издательство=Госэнергоиздат|страниц=568|тираж=12000|год=1961}}
* {{книга|автор=Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д.|заглавие=Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения|издательство=Наука|место=Л.|год=1989|страниц=310|isbn=5-02-024384-1|ссылка= http://lib.org.by/info/E_Engineering/Andreev,%20Grilihes,%20Rumjancev.%20Fotoe%27lektricheskoe%20preobrazovanie%20koncentrirovannogo%20solnechnogo%20izluchenija%20%28Nauka,%201989%29%28ru%29%28T%29%28310s%29_E_.djvu |archive-url=https://web.archive.org/web/20160304113012/http://lib.org.by/info/E_Engineering/Andreev,%20Grilihes,%20Rumjancev.%20Fotoe%27lektricheskoe%20preobrazovanie%20koncentrirovannogo%20solnechnogo%20izluchenija%20%28Nauka,%201989%29%28ru%29%28T%29%28310s%29_E_.djvu|archive-date=2016-03-04}}
* {{книга|автор=Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д.|заглавие=Полупроводниковые приборы|издание=4 изд.|место=М.|год=1987}}
* {{книга|автор=Берковский А. Г., Гаванин В. А., Зайдель И. Н.|заглавие=Вакуумные фотоэлектронные приборы|издание=2 изд.|место=М.|год=1988}}
* {{книга|автор=Marti A., Luque A. |заглавие=Next generation photovoltaics|ссылка=https://archive.org/details/nextgenerationph0000unse |издательство=Institute of physics publishing |место=B&Ph.|год=2004|страниц=344|isbn=0-75-030905-9}}

== Ссылки ==
{{Нет сносок|дата=2013-01-27}}

[[Категория:Полупроводниковые приборы]]
[[Категория:Солнечная энергия]]
[[Категория:Источники питания]]
[[Категория:Светочувствительные приборы]]

Фотоэлемент - История изменений

imported>Alex NB OT: оформление ссылки на архивную копию