Copy of Применение фотоэффекта

1.

Применение фотоэффекта
в солнечных батареях
Физика 11 класс • Основы и применение в космосе и на Земле

2.

Что такое фотоэффект?
Явление, которое навсегда изменило мировую энергетику и открыло
человечеству путь к звездам.

3.

Суть явления: Выбивание электронов
Свет — это поток частиц (фотонов).
Когда фотон ударяется о поверхность металла или
полупроводника, он передает свою энергию электрону
внутри материала.
Если этой энергии достаточно для преодоления сил
притяжения ядра, электрон отрывается и покидает атом.
Именно этот процесс освобождения заряженных частиц под
действием света и называется внешним фотоэффектом.
В солнечных батареях используется внутренний фотоэффект,
при котором электроны остаются внутри полупроводника,
создавая проводимость.

4.

Принцип работы
Как рождается ток
Частицы света (фотоны) проникают в структуру кремния и
выбивают электроны со своих орбит, создавая пары «электрондырка».
Электрическое поле p-n перехода не дает им соединиться
обратно. Оно заталкивает электроны в слой n-типа, а дырки — в
слой p-типа.
При замыкании внешней цепи (подключении лампочки или
мотора) электроны устремляются по проводам, создавая
постоянный электрический ток.

5.

Солнечные батареи в космосе
Критически важная технология для выживания и работы космических
аппаратов вдали от Земли.

6.

Космическое применение
МКС
Спутники
Марсоходы
Огромные «крылья» станции собирают
Единственный надежный источник
Обеспечивают питание
энергию Солнца, обеспечивая жизнь
питания для аппаратов связи, навигации
исследовательских роботов на других
астронавтов и работу систем
(GPS) и мониторинга погоды на орбите.
планетах, где нет возможности
жизнеобеспечения.
дозаправки топливом.

7.

Особенности работы в космосе
Идеальные условия
Суровые испытания
В космосе нет атмосферы, поглощающей свет, нет
Космос враждебен: панели подвергаются
облаков и плохой погоды. Солнечный свет падает
колоссальным перепадам температур (от -150°C до
прямо и непрерывно (если аппарат не в тени планеты).
+150°C), бомбардировке микрометеоритами и
Благодаря этому КПД (коэффициент полезного
жесткой радиации.
Из-за этого они быстро деградируют. Для космоса
действия) космических батарей максимален по
создают особые, многослойные и очень дорогие
сравнению с земными аналогами.
фотоэлементы.

8.

Солнечные батареи на Земле
Экологически чистая и доступная энергия для каждого дома и целых
городов.

9.

Земное применение
Электростанции (СЭС)
Портативные
устройства
позволяет домохозяйствам стать
Огромные поля, уставленные
Компактные складные батареи
энергетически независимыми и
фотоэлементами, генерируют
используются в туризме для
экономить на счетах за
мегаватты энергии, достаточные
зарядки смартфонов и фонарей
электричество.
для питания целых
вдали от цивилизации.
Частные дома
Установка панелей на крышах
промышленных районов и
городов.

10.

Сравнение: Космос vs Земля
Критерий
В космосе
На Земле
Освещенность
Постоянная и максимальная (нет атмосферы)
Зависит от погоды, времени суток и сезона
Вес и размер
Крайне критично (нужны сверхлегкие конструкции)
Не имеет решающего значения (кроме крыш
авто)
Стоимость
Очень высокая (используются редкие металлы и арсенид
галлия)
Доступная (массовое производство из
кремния)
Воздействие среды
Радиация, вакуум, микрометеориты, перепад температур
Пыль, снег, дождь, ветер, град