科学玩具制作太阳能电池

在你的厨房里做一个太阳能电池

太阳能电池是一种将来自太阳的能量转化为电能的装置。您可以在RadioShack和其他商店购买的高效太阳能电池是由高度加工的硅制成的，需要庞大的工厂、高温、真空设备和大量资金。

如果我们愿意牺牲效率，在厨房里用附近五金店的材料制造我们自己的太阳能电池，我们可以在大约一个小时内展示一个工作太阳能电池。

我们的太阳能电池是由氧化亚铜而不是硅制成的。氧化亚铜是已知的最早显示光电效应的材料之一，其中光使电流在材料中流动。

思考如何解释光电效应是阿尔伯特·爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖和相对论的原因。

您将需要的材料

太阳能电池由以下材料制成：

五金店里闪现出的一张铜片。这通常花费大约每平方英尺5.00美元。我们需要大约半平方英尺。

两条鳄鱼夹引线。

一种灵敏的微安表，可以读取10到50微安之间的电流。RadioShack出售可以使用的小型LCD万用表，但我用的是带针的小型剩余仪表。

一个电炉。我的厨房炉灶是燃气的，所以我花了大约25美元买了一个小的单头电炉。瓦的小燃烧器可能无法工作——我的是瓦的，所以燃烧器会变得很热。

一个大的透明塑料瓶，你可以把它的顶部剪下来。我用了一个2升的泉水瓶。一个大口玻璃罐也可以。

食盐。我们要几汤匙盐。

自来水。

电钻上的砂纸或钢丝刷。

用于切割铜板的金属板剪。

太阳能电池的制作方法

我的刻录机是这样的：

第一步是切割一块大约与炉子上的燃烧器大小相同的铜板。洗手，以免手上沾有油脂或油。然后用肥皂或清洁剂清洗铜板，去除上面的油或油脂。使用砂纸或钢丝刷彻底清洁铜片，以去除任何硫化物或其他轻微腐蚀。

接下来，将清洁和干燥的铜片放在燃烧器上，并将燃烧器转到最高设置。

随着铜开始升温，您会看到美丽的氧化图案开始形成。橙色、紫色和红色将覆盖铜。

随着铜变得越来越热，颜色被黑色的氧化铜涂层所取代。这不是我们想要的氧化物，但它稍后会剥落，呈现出下面氧化亚铜层的红色、橙色、粉红色和紫色。

当燃烧器开始发红光时，最后一点颜色消失了。

当燃烧器发出炽热的红光时，铜片将涂上一层黑色的氧化铜涂层。让它煮半小时，这样黑色的涂层就会很厚。这很重要，因为厚涂层会很好地剥落，而薄涂层会粘在铜上。

烹饪半小时后，关闭燃烧器。让燃烧器上的热铜慢慢冷却。如果冷却过快，黑色氧化物会粘在铜上。

随着铜冷却，它会收缩。黑色的氧化铜也会收缩。但它们以不同的速度收缩，这使得黑色氧化铜剥落。

小小的黑色薄片以足够的力量从铜上弹出，使它们飞了几英寸。这意味着在炉子周围需要更多的清洁工作，但观看起来很有趣。

当铜冷却到室温时（这需要大约20分钟），大部分黑色氧化物都会消失。在流水下用手轻轻擦洗将去除大部分小碎片。抵制通过用力擦洗或弯曲软铜来去除所有黑点的诱惑。这可能会损坏我们需要为太阳能电池工作制作的细腻的红色氧化亚铜层。

其余的组装非常简单快捷。

切割另一张与第一张尺寸相同的铜片。轻轻弯曲两块，这样它们就可以装入塑料瓶或罐子中而不会相互接触。燃烧器上朝上的氧化亚铜涂层通常是罐子中最好的朝外面，因为它的表面最光滑、最干净。

连接两根鳄鱼夹引线，一根连接到新的铜板上，一根连接到氧化亚铜涂层板上。将干净铜板的引线连接到仪表的正极端子。将氧化亚铜板的引线连接到仪表的负极端子。

现在将几汤匙盐混合到一些热自来水中。搅拌盐水，直到所有盐溶解。然后小心地将盐水倒入罐子中，小心不要弄湿夹子引线。盐水不应该完全覆盖板——你应该在水面上留下大约一英寸的板，这样你就可以在不弄湿夹子引线的情况下移动太阳能电池。

上面的照片显示了我拍照时阴影中的太阳能电池。请注意，仪表的读数约为6微安。

太阳能电池是电池，即使在黑暗中，通常也会显示几微安的电流。

上图是阳光下的太阳能电池。请注意，仪表的电流已跃升至约33微安。有时它会超过50微安，将针头一直向右摆动。

它是如何做到的？

氧化亚铜是一种称为半导体的材料。半导体介于导体和绝缘体之间，导体可以自由流动，电子与原子紧密结合，不能自由流动。

在半导体中，与原子紧密结合的电子与离原子较远的电子之间存在间隙，称为带隙，可以自由移动并导电。

电子不能留在带隙内。电子不能仅仅获得一点点能量并从原子核移到带隙中。电子必须获得足够的能量才能在带隙之外远离原子核。

类似地，带隙外的电子不能损失一点能量，也不能离原子核更近一点。它必须失去足够的能量才能越过带隙进入允许电子的区域。

当阳光照射到氧化亚铜中的电子时，一些电子会从阳光中获得足够的能量以跳过带隙并自由导电。

自由电子进入盐水，然后进入干净的铜板，进入电线，通过仪表，然后回到氧化亚铜板。

当电子移动通过仪表时，它们执行移动指针所需的工作。当阴影落在太阳能电池上时，通过仪表的电子减少，指针向下倾斜。

关于电源的说明

电池在0.25伏时产生50微安电流。这是0.瓦（12.5微瓦）。不要指望用此设备点亮灯泡或为电池充电。它可以用作光探测器或测光表，但要为你的房子供电需要几英亩的空间。

0.瓦（12.5微瓦）适用于0.01平方米的电池，或每平方米1.25毫瓦。要点亮一个瓦的灯泡，阳光侧需要80,平方米的氧化亚铜，暗电极需要80,平方米的铜。要运行一个1,瓦的炉子，您需要,平方米的氧化亚铜和另外,平方米的纯铜，或总共需要1,,平方米。如果这要形成一个家庭的屋顶，假设他们只需要一个炉子，那么每个家庭的长米，宽米。

1,,平方米中有17,,.7平方英尺。如果铜板成本为每平方英尺5美元，那么仅铜的成本就将达到86,,.50美元。使其厚度的十分之一可以降低到8,,.35美元。由于您是批量购买，您可能会以一半的价格购买，即大约4,,.00美元。

如果您使用每瓦4美元的硅太阳能电池板，您可以以4,.00美元的价格运行同一个炉子。但这些面板只有大约10平方米。

或者，花大约一美元，你可以用铝箔和纸板建造一个太阳能炉。只需大约20美元，您就可以制作一个非常漂亮的抛光铝抛物面太阳能灶。

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