[محمد سعيد السكاف]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
بارك الله بكم جميعا

[adeloo]

رائع اساتذنا الكبار .....أ/ محمد أ/ محمود أ/ شهرزاد

[شهر زاد]

رائع اساتذنا الكبار .....أ/ محمد أ/ محمود أ/ شهرزاد

نحن نكبر عندما نراكم كبرتم فنفرح و نسعد بكم

أخي الكريم لا أحد كبير في العلم كلنا طلاب علم يخدم بعضنا البعض بشكل أو بآخر

[محمد سعيد السكاف]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة شهر زاد نحن نكبر عندما نراكم كبرتم فنفرح و نسعد بكم أخي الكريم لا أحد كبير في العلم كلنا طلاب علم يخدم بعضنا البعض بشكل أو بآخر

فعلا كلنا طلاب

[م.محمود المصري]

أشكركم أساتذتنا الكبار

ونستأذنكم في إكمال ما بدأناه



الخلية الكهروضوئية



ضوء الشمس شكل من اشكال الطاقة المهمة جدا كل يوم تصب الشمس كميات هائلة من الطاقة في الفضاء تتمثل هذ الطاقة باشكال مختلفة منها على شكل أشعة تحت الحمراء و الاخر على شكل ضوء فوق البنفسجي ولكن أغلبه على شكل ضوء مرئي فالضوء المرئي هذا هوا الذي يمكن أن يستخدم ويحوّل مباشرة إلى الكهرباء من خلال الخلية الكهروضوئية.

مكونات الخلية الكهروضوئية:

اليوم اغلب الخلاية الكهروضوئية المستخدمة تكون مصنعة من مادة بلّورية تدعى سيليكون، وهي احدي مواد الارض شيوعآ. تتكون الخلية الضوئية من طبقة رقيقة من مادة السيلكون هذه المادة هي احدا مواد اشباه الموصلات المعروفة التي تندرج خواصها الفيزيائية بين الموصلات و العوازل كما سبق معنا .
يتم تصنيعها من خلال خلط كمّية صغيرة جدا من البورون مع مادة السيلكون الصافي ثم تسخن الى درجة حرارة 850 درجة مئوية اثنا التسخين يرش سطح الخلية بطبقة الفسفور وذلك لخلق طبقتين مختلفتين من نوع n-type ومن نوع p-type. بمعني اخر تتكون وصلة ال pn junctions قرب السطح بين غلاف الفسفور وخليط البورون. عموما يستعمل الفسفور لخلق الطبقة n-type وخليط السيليكون بالبورون لخلق طبقة من نوع p-type بهذا نكون قد حصلنا على الماخذ الموجب و الماخد السالب للخلية.




طريقة عمل الخلية الكهروضوئية:



عند سقوط ضوء الشمس على الخلية يمر هذ الضوءمن خلال سطح الخلية ويمتص جزء منه بواسطة الطبقة الاولي للخلية وهي الطبقة التي تحتوي علي فسفور اما اغلبية الضوء الساقط على هذه الخلية فيقوم بامتصاصه الجزء الخاص بذلك وهي الطبقة التي تحتوي علي خليط السيلكون بالبورون حيث يتكون من خلال هذه العملية الكترونات حرة الحركة يمكنها السريان خلال الموصل الكهربائي في اطراف الخلية وتزداد هذه الحركة بزيادة كثافة (شدة) الضوء الساقط علي هذه الخلية من هنا يمكننا توصيل حمل كهربائي على اطراف هذه الخلية والاستفادة من حركة الالكترونات الناتجة من تسليط ضوء الشمس علي الخلية. الخلية الكهروضوئية حالها حال الدايود في عدم وجود الضوء تكون موصل اي في الظلام وتبدأ توليد الطاقة الكهربائية بسقوط ضوء الشمس عليها.

هذه فكرة مغايرة قليلا للفكرة التي طرحها الكتاب ، وسنحاول توضيح فكرة الكتاب قليلاً :

أولا : تتكون الخلية الكهروضوئية من :



1- الإنتفاخ :

هذا الانتفاخ إما أن يكون من الزجاج أو الكوارتز ( علل !)
للسماح بالأشعة ( خصوصا الأشعة فوق البنفسجية ) بالنفاذ خلاله .

ويكون مفرغ من الهواء ( علل ! )
لتقليل التصادم الذي يحدث بين الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الكاثود والمتجه إلى الأنود مع جزئيات الهواء وضمان عدم إعاقتها من الوصول للأنود

2- الكاثود :

وهو عبارة عن صفيحة معدنية رقيقة يطلى سطحها الداخلي ( المقعر ) بطبقة من السيزيوم أو أي فلز قلوي . ( علل !)
لأن السيزيوم أو الفلزات القلوية :
* تتميز بتأثرها الكبير بالضوء وذلك لأن دالة الشغل لها صغيرة جدا .
* تنتطلق منه الإلكترونات بشكل أكبر من الفلزات الأخرى .

3- الأنود :

يصمم من سلك معدني أو شبكة صغيرة القطر وتوضع أمام الكاثود . ( علل !)
* لكي لا تحجب الضوء أو الأشعة الساقطة على الكاثود.
* لتجميع الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الكاثود .

وأنا هنا أطرح سؤالا - أرجو الإجابة عليه - :

لماذا لا يتم توصيل الكاثود بالأنود ؟ أي لماذا يتم وضع الأنود بعيدا نسبيا عن الكاثود ؟

4- القاعدة العازلة :


وفائدتها تثبيت عناصر الخلية وكذلك يتم فيها تثبيت مسمار ي التوصيل ( المتصلين بالكاثود والأنود ) عند وضع الخلية في دائرة كهربائية

والقاعدة العازلة لا تكون موجودة في الرسم الاصطلاحي للخلية على عكس الكاثود والأنود والانتفاخ


ثانيا : توصيلها في الدائرة :

يتم توصيل كاثود الخلية بالقطب السالب والأنود بالقطب الموجب ( هذا هو الوضع الأساسي ) ويمكن عكس الأقطاب ولكن ستقل قيمة شد التيار المار حتي تصل إلى قيمة الصفر ( عند جهد الإيقاف أو القطع )

ثالثاً : فكرة العمل :

معروف أن الضوء يحمل طاقة وتختلف مقار هذه الطاقة بحسب اختلاف نوع الأشعة فأشعة جاما أكبر أنواع الأشعة طاقة على عكسها أشعة موجات الراديو

ويعبر عن هذه الطاقة للأشعة تردد هذه الأشعة وكذلك الطول الموجي

فكلما زاد التردد زادت الطاقة والعكس صحيح

وكلما قل الطول الموجي زادت الطاقة والعكس صحيح

* انتبه * سرعة جميع الأشعة باختلاف انواعها واختلاف طاقاتها واحدة وهي سرعة الضوء .


انتهينا من جانب الضوء الساقط

ندخل إلى الجانب الأخر وهو مسقط الضوء الساقط ( الكاثود )

الكاثود عليه طبقة من السيزيوم وبالتاكيد تحتوي على ذرات .

الإلكترونات ارتباطها بالنواة في هذه المواد ليس كبير لذلك تحتاج إلى قدر معين من الطاقة كي تتحرر من الذرة نسمي هذه الطاقة ( طاقة التحرير أو دالة الشغل ) وكذلك نسمى التردد المقابل لهاذه الطاقة (تردد العتبة) لذلك فإن تردد العتبة يعتمد فقط على نوع الفلز وهو أيضا من الأشياء المميزة للفلز .

وهذا يقودنا إلى ثلاث حالات لا رابع لها :


1- إما أن تكون طاقة الأشعة الساقطة أقل من طاقة التحرير وبالتالي تردد الأشعة ( تردد الفوتونات ) أقل من تردد العتبة :
في هذه الحالة لا يحدث أي شيء وتكون شدة التيار الكهروضوئي = صفر بسبب عدم انطلاق أي من الإلكترونات الضوئية لأنها لم تكتسب الطاقة اللازمة لتحريرها من الذرة في مازلت مرتبطة بالذرة .

2- إما أن تكون طاقة الأشعة الساقطة تساوي تماما طاقة التحرير وبالتالي تردد الأشعة ( تردد الفوتونات ) مساو تماما لتردد العتبة :
في هذه الحالة يحدث أي شيء ألا وهو أن الإلكترونات الضوئية وصلت لها طاقة تساوي تماما مقدار الطاقة اللازمة لتحريرها من الذرة فتمتص الإلكترونات هذه الطاقة وبالتالي تتحر من الذرة ولكن مازال شدة التيار الكهروضوئي صفر ( لماذا ؟؟؟) لأن الإلكترونات لم تغادر الذرة لأن كل الطاقة التي امتصتها صرفتها من أجل تحرير نفسها من الذرة وبعد التحرير لم يبق معها أي طاقة لتنطلق بها إلى الأنود لذلك هي في مكانها .
ولهذا يسمى تردد الفوتونات التي تحمل هذه الطاقة بتردد العتبة أي ما بين الارتباط بالذرة والانتقال إلى الأنود .

3- إما أن تكون طاقة الأشعة الساقطة أكبر من طاقة التحرير وبالتالي تردد الأشعة ( تردد الفوتونات ) أكبر من تردد العتبة :
في هذه الحالة تكتسب الإلكترونات طاقة كبيرة تصرف جزء منها في التحرر من الذرة ويتبقى معها جزء آخر تنتطلق به وهذه الطاقة المتبقية معها هي طاقتها الحركية التي تنطلق بها .


إذا انطلقت الإلكترونات من الكاثود فإنها قد تصل إلى الأنود وبذلك يمر تيار كهروضوئي .

الخلاصة :
* تتحرر الإلكترونات الضوئية من الذرة إذا كانت طاقة الفوتونات الساقطة أكبر من أو تساوي طاقة التحرير
بشكل آخر : تردد الفوتونات الساقطة أكبر من أو يساوي تردد العتبة للفلز .
بشكل أخر : الطول الموجي للفوتونات الساقطة أكبر من أو يساوي الطول الموجي لتردد العتبة للفلز .

* تتحرر الإلكترونات الضوئية من الذرة وتطلق بطاقة حركة إذا كانت طاقة الفوتونات الساقطة أكبر من طاقة التحرير
بشكل آخر : تردد الفوتونات الساقطة أكبر من تردد العتبة للفلز .
بشكل أخر : الطول الموجي للفوتونات الساقطة أقل من الطول الموجي لتردد العتبة للفلز .


** ماذا يحدث بعد انطلاق الإلكترونات من الكاثود ؟؟؟

هناك ثلاث احتمالات في هذه الحالة :

* الاحتمال الأول : أن يكون جهد الأنود موجب ( عند توصيله بالقطب الموجب للبطارية ) :

بعد انطلاق الإلكترونات الضوئية ( بالطبع شحنتها سالبة ) من الكاثود تقابل جهد الأنود الموجب فيقوم بجذبها إليه فتصل الإلكترونات إلى الأنود ويمر تيار كهروضوئي مع ملاحظة أن أكبر تيار كهروضوئي يمر بالدائرة يكون في حالة كون الأنود موجب الجهد . وبزيادة الجهد الموجب للأنود يزداد الإكترونات التي تنجذب للأنود وتصل إليه فيزداد التيار الكهروضوئي إلى أن يصل إلى قيمة يتوقف عندها شدة التيار فمهما زاد الجهد الموجب للأنود لن تزداد شدة التيار وسيأتي تعليل ذلك فيما بعد .

* الاحتمال الثاني: أن يكون جهد الأنود صفر .

في هذه الحالة سيمر تيار ولكن ضعيف لماذا ؟؟؟؟
لأن بعض الإلكترونات يكون لديها الطاقة الكافية للوصول إلى الأنود فتصل إليه ويمر تيار والبعض الآخر لا يكون لديه الطاقة الكافية فلايستطيع الوصول إلى الأنود . وسيأتي تفصيل ذلك فيما بعد . بإذن الله

* الاحتمال الثالث : أن يكون جهد الأنود سالب ( عند عكس أقطاب البطارية وتوصيل الانود بالقطب السالب ) :
في هذه الحالة ستقل شدة التيار الكهروضوئي المار إلى أن تصل إلي قيمة الصفر عند جهد القطع وذلك لأن الإلكترونات عندما تنتطلق من الكاثود تواجه جهد سالبا معاكس لاتجاه مجالها لذلك تفقد قدر كبير من الطاقة للتغلب على هذا المجال فالإلكترونات التي ليس لديها القدر الكافي للتغلب على هذا المجال المعاكس والوصول إلى الأنود يكون عددها كبير ويكون عدد قليل جدا هو الذي لديه قدر من الطاقة للتغلب على المجال المعاكس والوصول للأنود

وبزيادة القيمة المطلقة لجهد الأنود السالب يقل عدد الإلكترونات الواصلة للأنود وبالتالي يقل شدة التيار الكهروضوئي حتى يصل إلى قيمة الصفر وذلك عند قيمة جهد القطع .

[ابوليان]

ابداع بما تعنيه الكلمة .. لك مني كل الشكر والتقدير

[adeloo]

بسم الله الرحمن الرحيم
شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك ... لك مني أجمل تحية .

[م.محمود المصري]

أشكرك جدااااااااااااااااااا أستاذ ابو ليان


وهذه شهادة نعتز يها

[كيميائية ولكن]

شرح وافي

بورك فيكم أخي

[احمد اليافعي]

جهد مشكور عليه بارك الله فيك وجعل عملك خالصا لوجهه الكريم