Фотоэлемент - это устройство для преобразования энергии солнца в электричество. Энергия солнца относится к возобновляемым источникам энергии. Высокоэффективные солнечные батареи с высоким КПД сделанные из кремния можно купить у известных производителей. Для их производства требуются огромные заводы, высокая температура, вакуумное оборудование, и много денег.

Если вы готовы принести в жертву эффективность, можно в течении часа на кухне изготовить наши собственные солнечные батареи из материалов, которые можно купить в соседнем магазине.

Наша солнечные батареи состоит из закиси меди вместо кремния. Закись меди является одним из первых известных материалов для получения фотоэлектрического эффекта, в которых свет возбуждает электроэнергию.

Размышляя об объяснении фотоэлектрического эффекта, Альберт Эйнштейн пришел к Нобелевской премии по физике, и к теории относительности.

Необходимые материалы

Будем делать солнечные батареи из этих материалов:

1. Лист меди найти в хозяйственном магазине. Нам понадобится два листа примерно 15Х15 см.

2. Два зажима типа крокодил.

3. Чувствительный микроамперметр, который может показывать токи от 10 до 50 микроампер или небольшой ЖК мультиметр.

4. Электрическая плитка от 1000 Вт

5. Большая пластиковая бутылка с отрезанным. Можно использовать 2-х литровую бутылку из под воды. Стеклянная банка с большим горлышком тоже подойдет.

6. Пару столовых ложек поваренной соли.

7. Водопроводная вода.

8. Наждачная бумага или металлическая щетка на электродрели.

9. Ножницы для листового металла для резки листовой меди.

Делаем солнечные элементы

Электроплитка выглядит следующим образом:

Первым шагом отрезаем кусок медной пластины, примерно по размеру тэна на плитке. Помойте руки, чтобы на них не было никакого жира или масла. Затем промыть листовую медь с мылом или с моющим средством, чтобы очистить поверхность от жира. С помощью наждачной бумаги или проволочной щетки тщательно зачистите поверхность медной пластины, так чтобы убрать все сульфиды или другие возможные коррозии.

Далее, поместите очищенный и высушенный медный лист на плитку и включите её на максимальную температуру.

Когда медь начнет нагреваться и начнут образовываться окислы, вы увидите красивые узоры. Апельсиновый, сиреневый, красный цвета  будут покрывать медь.

Когда медь станет горячее, цвет изменится на черный от пленки из окиси меди. Это не та окись которую мы хотим получить, она позже отслоится, показывая красные, оранжевые, розовые, и фиолетовые цвета окисного слоя внизу.

Последнее цветные лоскутки исчезают, как горелка начинает светиться красным цветом.

Когда горелка будет раскалена до красна, листовая медь покроется черным слоем оксида меди. Оставьте её "вариться" с полчаса, так что бы черное покрытие стало потолще. Это важно, так как толстая окись будет хорошо отслаиваться, а тонкий слой останется прилипшим к меди.

После получаса "приготовления пищи", выключите горелку. Оставьте горячую медную пластину на горелке, чтобы она медленно охлаждалась. Если вы охладите слишком быстро, черная окись останется прилипшей к меди.

Охлаждаясь медь сжимается. Черная медная окись сжимается тоже. Но они сжимаются с разными скоростями, поэтому черная окись меди отслаивается.

Маленькие черные хлопья отскакивают от меди с достаточной силой, чтобы отлететь на пару десятков сантиметров. Это немного добавляет уборки вокруг печки, но зато на это интересно смотреть.

Когда медная пластина охладилась до комнатной температуры (это занимает около 20 минут), большей части черного оксида уже не будет. Легкая очистка вашими руками под проточной водой удалит большинство оставшихся мелких кусочков. Не поддавайтесь искушению удалить все черные пятна грубой очисткой или изгибанием мягкой меди. Это может повредить тонкий красный слой оксида меди, который нужен нам для изготовления солнечной батареи.

Остальная часть сборки солнечные батареи очень проста и быстра.

Вырезать другой лист меди примерно такого же размера, как и первый. Аккуратно согните обе части, таким образом, чтобы они уместились в пластиковую бутылку или банку, не касаясь друг друга.  Оксидное покрытие меди, которое было обращено вверх на горелке, как правило, лучшая сторона, поскольку она имеет гладкую, чистую поверхность, поэтому её располагают в банке так, чтобы она смотрела наружу.

Прикрепите медные пластины двумя контактами типа крокодил к стенкам банки. Подключите провод от чистой медной пластины к положительному выводу измерительного прибора. Второй провод от медной пластины с оксидом подключите к отрицательному выводу измерительного прибора.

Теперь растворите несколько столовых ложек соли в небольшом количестве воды из под крана. Размешивайте раствор пока вся соль не растворится. Затем осторожно влить соленой воды в банку, стараясь не налить на контакты, чтобы не намочить их. Раствор не должен полностью покрывать пластины - вы должны оставить сантиметра по два над водой, так чтобы вы могли перемещать солнечную батарею, не намочив контакты.

На снимке вверху солнечную батарею в моей тени, когда я делал снимок. Обратите внимание, что прибор показывает ток около 6 мкА.

Солнечная батарея даже в тени, как правило, показывает несколько микроампер тока.

Выше снимке солнечная батарея на солнце. Обратите внимание, что стрелка прибора подскочила до тока 33 мкА. Иногда он будет зашкаливать и более 50 мкА.

Примечание о мощности

Ячейка производит 50 мкА на 0,25 вольт.

Это 0.0000125 Вт (12,5 мкВт).

Не ждите, что засветится лампочка или зарядится аккумулятор от данной солнечной батареи. Оно может быть использовано в качестве детектора света или экспонометра, но заняло бы гектары, чтобы энергии от него хватило для вашего дома.

0.0000125 ватта (12.5 микроватт) для клетки на 0.01 квадратных метра, или 1.25 милливатт за квадратный метр. Чтобы включить лампочку на 100 ватт, потребовалось бы 80 000 квадратных метров закиси меди на освещенной солнцем стороне, и 80.000 квадратных метров меди для неосвещенного электрода. Для включения 1000 ваттной плиты, вам потребуется 800000 квадратных метров закиси меди и другой 800000 квадратных метров чистой меди, или 1600000 квадратных метров в сумме. Если бы это была крыша дома, то дом был бы размерами 282 метра на 282 метра, и вся электроэнергия от неё шла бы только на одну печь.

Поэтому данная конструкция солнечной батареи является ознакомительным экспериментом, и не очень пригодна для практических целей. На практике используют современные солнечные батареи с высокой эффективностью, которые сегодня производятся в большом количестве.