الخلية الشمسية
تتكون الخلية الكهروضوئية، أو ما يعرف بالخلية الضوئية، أو الخلية الشمسية، من مجموعة من محولات الفولت ضوئية، التي تتميز بقدرتها على امتصاص الطاقة الشمسيّة، وعلى وجه التحديد الفوتونات الساقطة من أشعة الشمس، ومن ثم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية، عن طريق الاستفادة من التأثير الضوئي الجهدي، ومن أهمّ مميّزاتها أنّها لا توثر على البيئة أو تخلّف أيّة أضرار.
مبدأ عمل الخلية الشمسية
الخلية الشمسية هي عبارة عن مجموعة من الرقائق الرفيعة المصنوعة من مادة السيلكون التي تكون ذات شحنات سالبة من جهة وموجبة من الجهة الأخرى، ويقوم مبدأ عملها على تعريضها لأشعة الشمس، لتكتسب الإلكترونات الموجودة في الخلية الطاقة من الشمس، حتى تتمكن من الاهتزاز حرارياً، والعمل على تكسير الروابط، وانطلاق هذه الإلكترونات، وإنتاج تيار كهربائي، وسنتعرّف من خلال هذا الموضوع على كيفية عمل خلية شمسية باستعمال النحاس، كقطب موجب، وأكسيد النحاس والذي يرمز له Cu2O ، كقطب سالب.
طريقة عمل الخلية الشمسية
- ورقة نحاسية.
- جهاز مايكروميتر؛ من أجل قياس التيار المتولد.
- لواقط موصلة لتمكن من ربط جهاز المايكروميتر بالخلية.
- إناء زجاجي.
- فرن حراري.
- ماء ساخن.
- ملح طعام.
- ورق رملي؛ ليتم استعماله في الصنفرة.
- مقص خاص لقص المعادن.
خطوات العمل
- ينبغي أولاً قص الورق المعدني، عن طريق استعمال مقص المعادن، ويجب أن يناسب حجم المقصوصات المعدنية حجم الغاز التي سيتم وضعها عليه.
- تنظيف ورقة النحاس للتأكد من خلوها من الغبار، أو زيوت، أو أيّ موادّ عالقة، قد تعيق عملية توليد الكهرباء، ويتم تنظيفها باستعمال أوراق الصنفرة، أو استعمال الماء والصابون، والحرص على تجفيفها جيداً.
- يتم إشعال الغاز، على درجة حرارة عالية جداً، ووضع الورقة النحاسية التي تم تنظيفها فوقه، وعندما تبدأ الورقة بالتأكسد، ستظهر بعض الألوان بالتسلسل فتبدأ عملية التأكسد باللون الأحمر، ومن ثم البرتقالي، ومن ثم البنفسجي، حتى تتحول في نهاية الأمر إلى اللون الأسود، وهو ما يعرف بأكسيد النحاس.
- تترك الورقة على الغاز لثلاثين دقيقة تقريباً بعد تحولها للون الأسود، لحين تتكون طبقة سميكة من أكسيد النحاس، والتي سيكون من السهل إزالتها فيما بعد.
- ترفع الورقة عن النار، ومن ثم تترك حتى تبرد، حيث ستؤدي برودة الورقة إلى انكماشها، وتحتاج الورقة لما يقارب العشرين دقيقة حتى تبرد.
- تزال طبقة أكسيد النحاس عن الورقة بعد أن تبرد، وذلك عن طريق وضعها تحت ماء جاري، ومن ثم فركها باليد بلطافة، والحذر من استعمال أية مواد حادة، أو أسلاك، حتى لا تؤثر على طبقة اكسيد النحاس.
- تحضر ورقة نحاس ثانية، وتقص لتناسب حجم ورقة أكسيد النحاس تماماً.
- تطوى الورقتان، مع إبقاء السطح المغطّى بأكسيد النحاس في الجهة الخارجية، والتأكد من عدم تلامس الصفيحتين معاً، ومن ثم وضعهما داخل الإناء الزجاجي.
- تستعمل اللواقط لربط القطب الموجب من جهاز القياس بورقة النحاس، والقطب السالب من جهاز القياس بورقة أكسيد النحاس.
- يملأ الإناء بمحلول ملحي، عن طريق إذابة ملعقتي طعام من الملح بالماء الساخن، وملء الإناء ببطء، مع الحذر من غمر الشريحتين بشكل كامل بالماء، أو اقتراب الماء من الملاقط، وبهذا الخطوة تكون الخلية قد اكتملت وجاهزة للعمل.
- يتمّ تعريض الخلية لأشعة الشمس، الأمر الذي سيعمل على توليد تيار كهربائي تصل شدته إلى ما يقارب (0.5ـ0.6) مايكروأمبير.