كيفية صنع الخلايا الشمسية

تنزيل المقال

تنزيل المقال

تقوم الخلايا الشمسية بتحويل طاقة الشمس إلى كهرباء، بنفس الطريقة التي يحوّل بها النبات الطاقة الشمسية إلى غذاء عبرالبناء الضوئي. تعمل الخلايا الشمسية عن طريق استخدام الطاقة الشمسية في تمكين الإلكترونات في أشباه الموصلات من الانتقال من المدارات القريبة لنواة الذرة، إلى مدارات أعلى، حيث يُمكنها توصيل الكهرباء. يُستخدم السيليكون كمادة شبه موصلة في الخلايا الشمسية التجارية، وفي هذا المقال ستتعلم كيفية صُنع خلية شمسية باستخدام مواد مُتاحة في متناول اليد، لترى بنفسك كيف تعمل الخلايا الشمسية.

الخطوات

جزء 1

جزء 1 من 3:

تغطية الألواح الزجاجية

تنزيل المقال

1. 
   1
   اجمع لوحين زجاجيين مُتماثلين في الحجم. يُعد حجم الألواح الزجاجية المُستخدمة في شرائح المجهر مثاليًا لهذه الخطوة.
2. 
   2
   نظف سطحي اللوحين الزجاجيين باستخدام الكحول. وا تلمس الألواح الزجاجية بعد تنظيفها وأمسكها فقط من حوافها.
3. 
   3
   اختبر أسطح الألواح لتوصيل الكهرباء. نفذ هذه الخطوة عن طريق لمس أسطح الألواح الزجاجية بمجسّات المقياس المتعدد (المالتيميتر)، ثم ضع الألواح الزجاجية بجوار بعضهم البعض بعد أن تُحدد الجانب الموصل من كل لوح، بحيث يكون السطح الموصل لأحد الألواح الزجاجية لأعلى والسطح الموصل في اللوح الآخر لأسفل.
4. 
   4
   ضع قطعة من الشريط اللاصق الشفاف على أسطح الألواح الزجاجية. تهدف هذه الخطوة إلى تثبيت الألواح الزجاجية في موضعها للمرحلة التالية.

   • ضع قطعة من الشريط اللاصق على حافة الجانب الطويل من الأسطح الزجاجاية بحيث يغطي 1 ميلليمتر من الحواف.
   • ضع الشريط اللاصق بحيث يغطي نحو 4 أو 5 ميلليمتر من الجزء الخارجي من السطح المُوصل من اللوح الزجاجي.
5. 
   5
   ضع محلول ثاني أكسيد التيتانيوم على الأسطح الزجاجية. أضف قطرتين من المحلول على السطح المُوصل من اللوح الزجاجي، ثم وزع المحلول بالتساوي على السطح، بما يسمح لمحلول ثاني أكسيد التيتانيوم بتغطية الجزء الموصل من اللوح الزجاجي السُفلي.

   • ضع طبقة من أكسيد القصدير على الأسطح الزجاجية قبل خطوة إضافة محلول ثاني أكسيد التيتانيوم.
6. 
   6
   انزع الشريط اللاصق وافصل الألواح الزجاجية عن بعضها البعض. ستتعامل في هذه المرحلة مع كل سطح من السطحين الزجاجيين بطريقة مختلفة.

   • ضع السطح الموصل للوح الزجاجي العلوي على سطح كهربي ساخن لليلة كاملة، حتى يتم ما يمكن أن نسميه مجازًا "خبز" ثاني أكسيد التيتانيوم على السطح الزجاجي.
   • نظف السطح الموصل للوح الزجاجي السُفلي من ثاني أكسيد التيتانيوم واحفظه في مكان بعيدًا عن الأتربة.
7. 
   7
   جهّز طبق مُسطح مملوء بالصبغة. يمكن تحضير الصبغة من توت العُليق أو التوت البري أو عصير الرّمان أو منقوع الكركدية.
8. 
   8
   انقع اللوح الزجاجي المُغطى بطبقة ثاني أكسيد التيتانيوم في الصبغة لمدة 10 دقائق، بحيث يكون السطح المُغطى لأسفل.
9. 
   9
   نظف السطح الزجاجي الآخر بالكحول. قُم بهذه الخطوة بينما السطح الزجاجي المٌغطى بثاني أكسيد التيتانيوم لا يزال منقوعًا في الصبغة.
10. 
    10
    أعد اختبار اللوح الزجاجي النظيف لتحديد الجانب الموصل.اكتب علامة (+) على الجانب الغير مُوصّل.
11. 
    11
    ضع طبقة رقيقة من الكربون على الجانب المُوصل من اللوح الزجاجي النظيف. يُمكنك تنفيذ هذه الخطوة عن طريق تلوين السطح باستخدام قلم رصاص أو قلم جرافيت، وتأكد من تغطية السطح كله جيدًا.
12. 
    12
    استخرج السطح الزجاجي المُغطى بطبقة ثاني أكسيد التيتانيوم من الصبغة. اغسله بعد ذلك مرتين متتاليتين؛ أولًا بماء غير متأين، ثم اغسله بالكحول، ثم قُم بتجفيف السطح الزجاجي عن طريق التربيت الخفيف بمنديل ورقي نظيف.

جزء 2

جزء 2 من 3:

تجيمع الخلية الشمسية

تنزيل المقال

1. 
   1
   ضع السطح المُغطى بطبقة الكربون فوق السطح المُغطى بثاني أكسيد التيتانيوم بحيث تتلامس طبقتي التغطية. يجب أن يكون اللوحان الزجاجيان متباعدين قليلًا، بنحو 5 ميلليمتر تقريبًا< استخدم مشابك الورق على الحواف الطولية لتثبيت اللوحين الزجاجيين سويًا.
2. 
   2
   ضع قطرتين من محلول اليوديد فوق الطبقة المكشوفة للهواء. اترك المحلول يتغلغل بين اللوحيين الزجاجيين حتى يُغطيهما تمامًا، وربما تحتاج إلى فتح مشابك الورق ورفع أحد اللوحيين الزجاجيين قليلًا لتسمح لمحلول اليوديد أن ينتشر فوق السطح بأكمله.

   • يعمل محلول اليوديد على تدفق الإلكترونات من طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم إلى طبقة الكربون عند تعريض الخلية لمصدر ضوء. يُسمى هذا النوع من المحاليل بمحلول الكهرل أو الإلكتروليت.
3. 
   3
   امسح الزيادة من المحلول من على الأسطح المكشوفة من اللألواح الزجاجية.

جزء 3

جزء 3 من 3:

تفعيل واختبار الخلية الشمسية

تنزيل المقال

1. 
   1
   ثبت مشبك فك التمساح على الطبقات المكشوفة من أحد أوجه الخلية الشمسية.
2. 
   2
   قُم بتوصيل السلك الأسود من جهاز القياس المُتعدد (المالتيمتر) بالمشبك المرتبط بالجزء المكشوف من طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم. وبهذه الخطوة يصبح هذا اللوح الزجاجي هو القطب السالب من الخلية الشمسية، أو ما يسمى "الكاثود".
3. 
   3
   قُم بتوصيل السلك الأحمر من جهاز القياس المُتعدد (المالتيمتر) بالمشبك المرتبط بالجزء المكشوف من طبقة الكربون. يصبح بذلك اللوح الزجاجي هو القطب الموجب من الخلية الشمسية أو "الآنود". لاحظ أنك في مرحلة سابقة قد وضعت علامة (+) على السطح غير الموصل للكهرباء.
4. 
   4
   ضع الخلية الشمسية قريبًا من مصدر ضوء، بحيث يواجه القطب السالب مصدر الضوء. يمكن تنفيذ هذه الخطوة في معمل المدرسة بوضع الخلية فوق عدسة جهاز العرض، وفي المنزل يمكن استخدام مصباح موضعي كبديل لضوء الشمس المباشر.
5. 
   5
   قُم بقياس قراءة فرق الجهد المتولد من الخلية الشمسية باستخدام المقياس المتعدد (المالتيمتر). كرر أخذ القراءات قبل وبعد تعريض الخلية الشمسية للضوء.

أفكار مفيدة

• يمكنك أيضًا صُنع خلية شمسية باستخدام شريحتين صغيرتين من النحاس المصقول، ووضعهما على سطح ساخن لمدة نصف ساعة حتى يتحول النحاس للون الأسود، ثم قُم بإزالة الطبقة السوداء المتأكسدة بعدما يبرد النحاس. اترك طبقة أكسيد النحاس الحمراء المتكونة تحتها لتعمل كطبقة شبه موصلة. بهذه الطريقة لن تحتاج لتغطية شرائح النحاس بأي شيء ويمكنك استخدام ماء مالح ليعمل كمحلول إلكتروليتي.

تحذيرات

• لا تنتج الألواح الزجاجية المُغطاة بطبقات الأكاسيد أو شرائح النحاس شبه الموصلة كميات كبيرة من الطاقة. يستخدم السيليكون كمادة شبه موصلة لفعاليته الكبيرة بالمقارنة بالمواد المُستخدمة في هذا المقال، وحتى خلايا السيليكون الفردية يتم تجميعها في ألواح شمسية أكبر من الخلايا المفردة.

الأشياء التي ستحتاج إليها

• ألواح زجاجية (مثل شرائح المجهر)
• كحول (يُفضل استخدام كحول الإيثانول)
• ماء غير مُتأيّن
• فولتميتر أو مالتيمتر
• شريط لاصق شفاف
• طبق مُسطح
• سطح كهربي ساخن (يُفضل 1100 وات، إذا أمكن)
• ثاني أكسيد التيتانيوم
• محلول أكسيد القصدير (اختياري)
• قلم جرافيت أو رصاص أو عصا تشحيم
• محلول يوديد
• مشابك ورق
• مشابك فك التمساح