Optimizări Energetice în Procesarea Produselor Alimentare

1.Celule solare cu straturi subţiri

1.1.Obţinerea straturilor subţiri din oxizi,utilizate pentru fabricarea celulelor solare.

Straturile subţiri de oxizi sunt utilizate pe scară largă în construcţia celulelor solare de diferite tipuri,atât în cele cu homojoncţiuni p – n,unde sunt folosite ca straturi antireflectante,cât şi în celulele cu heterojoncţiuni,inclusiv de tip SIS şi mai ales în structuri cu barieră Schottky de tip MS,MIS,MISIM etc.Având în vedere cele precedente,apare clară importanţa pe care o prezintă metodele de obţinere a straturilor de oxizi de suprafaţă mare şi cu grosimea uniformă şi controlabilă,utilizate în construcţia celulelor solare.

Prepararea unor straturi de suprafaţă mare şi având totodată o grosime uniformă prezintă oarecare dificultăţi,care sunt strâns legate şi de procedeul tehnologic adoptat.astfel,prin evaporare termică în vid din sursă cu arie emisivă redusă (surse ,,punctiforme’’) se obţin,de regulă,straturi cu grosime uniformă doar pe suprafeţele relativ mici.Dacă presiunea în incinta de evaporare este suficient de mică (pentru a avea un fascicul molecular) şi fasciculul are o densitate mică (spre a neglija ciocnirile dintre particulele substanţei evaporate),atunci se pot aplica legile lui Lambert pentru fascicule luminoase,cunoscute din optica geometrica [1,2].

Din optică se ştie că intensitatea luminoasă medie a unui izvor punctiform,pentru unitatea de unghi solid,este dată relaţia: I0 = F/4π (1.1.1)

unde F este fluxul total emis de izvor în toate direcţiile.

Dacă se consideră un izvor punctiform dS1 şi condensarea pe o suprafaţă receptoare plană S (fig.1.1.b),atunci grosimea stratului condensat în punctul P va fi [2].

d = w/4πv * cos⁡θ/γ^2 = w/4πv * h/γ^3 = wh/(〖4πv(h〗^2+ X^2 )^(3/2) ) (1.1.2)

Grosimea stratului în punctul 0 (x=0),adică într-un punct situat pe normal la suprafaţa condensată,va fi data de (v.relaţia 1.2.)

d0 = wh/4πv * l/h^3 = w/4πv * l/h^2 (1.1.3)

Din formulele 1.2 şi 1.3 rezultă expresia [2,3]:

d/d_0 = 1/(〖[ 1+( x/h)〗^2 ]^(3/2) ) (1.1.4)

a cărei dependenţă de raportul x/h este dată în figura 1.2 (curba plină).

Dacă,spre deosebire de izvorul punctiform sferic,se consideră un izvor mic şi plan,de suprafaţă dS1,iar suprafaţa reactoare dS2 este cuprinsă într-un unghi solid dΩ,atunci cantitatea de substsanţă ce trece în această direcţie în unitatea de timp este dată de:

dm = w/π dΩ = w/π * cos⁡θ/γ^2 dS (1.1.5)

Când normala la suprafaţa receptoare face un unghi ψ cu direcţia de evaporare (fig.1.3.a.),atunci [2-4]

dm = w/(πγ^2 ) cos θ cos ψ dS2 (1.1.6)

Grosimea stratului format pe dS2,în unitatea de timp,este

d = dm/(vdS_2 ) = w/πv cos⁡〖θ cos⁡ψ 〗/γ^2 (1.1.7)

Dacă suprafaţa receptoare reprezintă un plan S,paralel cu izvorul plan dS1,atunci grosimea stratului în punctul P (fig.1.3.b) va fi (θ = ψ)

d = w/πv * (cos^2 θ)/γ^2 = 〖wh〗^2/(〖πγ〗^4 v) = 〖wh〗^2/(〖πv(h〗^2+ x^2 )^2 ) , (1.1.8) iar în punctul 0 (în direcţie perpendiculară)

d0 = w/πv * l/h^2 (1.1.9)

Dependenţa de distanţa x a raportului celor două grosimi,

d/d_0 = h^2/(〖(h〗^2+ x^2 )^2 ) = l/([ 1+(x/h )^2 ]^2 ) , (1.1.10)

este reprezentată în figura 1.2,curba punctată.

Din cele mai sus apare clară dificultatea obţinerii straturilor subţiri cu grosime uniformă,în cazul folosirii evaporatoarelor punctiforme (sferice) sau plane,sub formă de bărcuţe mici etc.Din figura 1.2 se vede că pe măsură ce raportul x/h creşte,curba scăderii grosimii stratului devine mai lină.Scăderea mult mai lină,odată cu creşterea raportului x/h,este obţinută în cazul folosirii unor tăviţe mai mari,confecţionate din bandă de Ta,W,Mo etc.,sau din evaporatoare sub formă circulară cu rază mare.Acestea din urmă pot fi formate din mai multe evaporatoaremici,punctiforme,dispuse circular,sau dintr-un evaporator care se roteşte în jurul axei ce trece prin centrul suprafeţei receptoare (fig.1.4);cel mai des însă,în locul rotirii evaporatorului se foloseşte procedeul rotirii uniforme a suportului (sau suporturilor) în jurul evaporatorului.Pentru calculul grosimii stratului se consideră evaporatorul circular,alcătuit din mai multe evaporatoare elementare dSi,plane sau punctiformeşîn acest caz,unghiul α va varia între 0 şi 2π,iar în calcule va interveni distanţa γ dintre elementul dSi şi punctul de pe suport.Din figura 1.4.a,se vede că

γ2 –h2 = a2;a2 = s2 + l2 – 2sl cos (π - α), (1.1.11)

de unde

γ = (h2 + s2 + l2 + 2ls cos α)1/2, (1.1.12)

l:fiind distanţa dintre proiecţia punctului considerat şi centrul suportului,iar s raza evaporatorului circular (fig.1.4.a).