Ютубер представил концепцию изготовления солнечного элемента в микроволновке
- Инженер Мэтью Хартенсвельд изготовил солнечный элемент из кремниевой пластины, закрепив покрытие в микроволновке с керамической вставкой.
- Элемент вырабатывает электричество при КПД около 5%; для зарядки аккумулятора телефона ему потребовалось бы примерно три месяца.
Микроволновая печь позволяет не только быстро подогреть еду, но смастерить солнечный элемент. Это недавно продемонстрировал в своем видео на YouTube инженер Мэтью Хартенсвельд.
Изображение: нейросеть qwen
Ютубер с ником Dr. Semiconductor занимается разработкой технологий для оборонной промышленности. В свободное время он создает обучающие видео, в которых показывает, насколько просто можно собрать функциональную — пусть и примитивную — микроэлектронику.
Большую часть материалов, необходимых для создания солнечного элемента своими руками, Хартенсвельд заказал на Amazon. Ключевым компонентом является кремниевая пластина p-типа (стоимостью около $29), содержащая положительно заряженный слой. Сначала он разделяет пластину на более мелкие фрагменты и очищает их с помощью высокопроцентного спирта и дистиллированной воды, используя в качестве емкостей обычные пластиковые стаканчики.
Чтобы превратить кусочки кремния в солнечные элементы, необходимо создать в них слой n-типа — то есть отрицательно заряженный слой. В видео инженер объясняет, как это сделать: он смешивает тетраэтилортосиликат (ТЭОС), фосфор, этанол и немного воды, после чего смесь варится на медленном огне в течение получаса. Полученной жидкостью нужно покрыть кремниевую пластину — причем только с одной стороны, поэтому обратную сторону Хартенсвельд заклеивает. Затем он наносит несколько капель на лицевую сторону и помещает будущий солнечный элемент на компьютерный вентилятор, установленный внутри старой картонной коробки.
Центробежные силы вращающегося вентилятора позволяют относительно равномерно распределить покрытие по кремниевой пластине. На следующем этапе используется микроволновая печь: покрытие необходимо зафиксировать. Для своих предыдущих экспериментов с полупроводниками инженер обычно использовал печь — наподобие тех, что применяются в керамическом производстве. В данном случае для создания солнечной ячейки он использует специальную керамическую вставку, которая под воздействием микроволн разогревается до температур, характерных для обжиговой печи.
Керамическая вставка отлично справляется со своей задачей. При максимальной мощности микроволновки кремний начинает плавиться. Лишь с четвертой попытки энтузиасту удается достичь температуры около 1000 °C и зафиксировать покрытие. Чтобы закрепить контакты, превращающие кусочек кремния в полноценный солнечный элемент, он расплавляет индий и галлий, а также с помощью наждачной бумаги удаляет несколько нанометров покрытия в нужном месте. Помещенный в специально напечатанный на 3D-принтере корпус, этот солнечный элемент в итоге действительно начинает вырабатывать электричество из солнечного света.
«Эта солнечная ячейка обладает КПД всего около 5%. А это значит, что при нынешних размерах ей потребовалось бы примерно 3 месяца, чтобы зарядить аккумулятор мобильного телефона», — объясняет Хартенсвельд.
Эффективность можно было бы несколько повысить, если работать в более чистых условиях, добавить антибликовое покрытие или улучшить контакты.
