尧化门规划:自制太阳能电池
来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/05/05 23:01:02
如果愿意牺牲太阳能电池的功效,我们可以在大约一个小时的时间里,利用身边的材料和工具来演示太阳能电池是怎样工作的。
我们的太阳能电池利用的是氧化亚铜而不是硅。氧化亚铜是第一种用来验证光电效应的材料。伟大的物理学家爱因斯坦因为解释了光电效应而赢得了诺贝尔奖。
第一步:需要的材料
- 一块铜片,大概30CM×15CM左右
- 两个弹簧夹引线
- 一个灵敏的微安安培计,可以读取10到50微安的电流
- 一个电炉,1000W以上
- 一个大的透明的塑料瓶,2L的矿泉水瓶就可以
- 食盐
- 自来水
- 砂纸
- 金属片切刀
电炉如下图所示:
(点击看大图,下同)
首先切下一片电炉烧嘴大小的铜片。把手洗干净,不要有任何的油脂或污渍。然后用肥皂或清洁剂洗铜片,不要留下任何油渍。再用砂纸打磨铜片,把所有的硫化物或表面腐蚀都去除。接着,把洗净的干燥的铜片放在电炉上,把电炉调到最大功率。
随着铜片的加热,我们可以看到漂亮的氧化层的形成。橙色,紫色,红色将会覆盖铜片。
随着铜片温度的进一步升高,彩色被一层黑色的氧化铜取代。这并不是我们要的氧化物,随后它将剥落,显示出下面的五颜六色的氧化亚铜层。
最后一点彩色消失
当电炉变得炽热,铜片上将覆盖一层黑色的氧化铜。让它继续加热半个小时,铜片表面的氧化铜层将变厚。这点很重要,厚的氧化铜层能够很好地剥落,而薄的氧化铜层会紧贴在铜的表面。
半个小时后,关掉电炉。把铜片留在电炉上让它慢慢降温,如果你把它过快地冷却,黑色的氧化物会粘住铜片。
随着铜片冷却,它逐渐收缩。黑色氧化铜也收缩,但它们以不同的速率收缩,这样就使得黑色的氧化铜脱落。
当铜片的温度降至室温,大部分的黑色氧化铜都脱落了。在流动的水下面轻轻地擦洗铜片上小的黑斑。不要试图用力地擦洗或弯曲铜片以去除所有的黑斑,这样会破坏铜片表面的氧化亚铜。
第二步:组装切下另外一片铜片,大小与上一片一样。轻轻地弯曲两片铜片,使它们能嵌入塑料瓶且互不接触。面向电炉的氧化亚铜层最好面向塑料瓶的外面,因为它的表面最光滑,最干净。
夹上两个弹簧夹,一个夹到新的铜片上,导线连到电流表的正极;一个夹到覆有氧化亚铜的铜片上,导线连到电流表的负极。
现在,将两大汤匙盐放入热的自来水中搅拌,直到盐全部溶解。然后仔细地将盐水倒进塑料瓶,小心不要弄湿了弹簧夹。盐水不必完全覆盖铜片,你应该在水上留有至少2CM,这样当你移动它的时候,水就不会弄湿弹簧夹。
第三步:发电
上图显示的是太阳能电池在阴影下。注意,此时电流表的读数大概是6微安
上图显示的是太阳光下的太阳能电池。注意,电流表读数已经跳至33微安,有时,它还能超过50微安。
太阳能电池的原理
在阳光的照射下,氧化亚铜中的电子获得能量,当能量足够大时,电子向上跃迁,直到脱离质子的吸引,成为自由电子。大量的自由电子进入盐水,然后流经新的铜片,再流入电流表,最后又流入覆有氧化亚铜的铜片,如此不断循环。