ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) - прибора для преобразования энергии солнечного излучения - на основе монокристаллического кремния. На малой глубине от поверхности кремниевой плас­тины р-типа сформирован р-п-переход с тонким металличес­ким контактом. На тыльную сто­рону пластины нанесен сплошной металлический кон­такт.

Когда СЭ освещается, погло­щенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в р-слое вблизи р-n-перехода, подходят к p-n-переходу и сущест­вующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Анало­гично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично перено­сятся в р-слой (рис. 2 а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а р-слой - положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между р- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. 2 6). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а р-слой - положительному.

Величина установившейся фотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт-амперной характеристики (ВАХ):

где I_s- ток насыщения, a I_ph фототoк.

ВАХ поясняет эквивалентная схема фотоэлемента (рис. 4), включающая источник тока /ph=SqN0Q, где S - площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q- безразмерный множитель (<1), показывающий, какая доля всех созданных светом электронно-дырочных пар (5%) собирается р-n-переходом. Параллельно источнику тока включен р-n-переход, ток через который равен I_s[e4u/kT-1]. р-n-Переход шунтирует нагрузку, и при увеличении напряжения ток через него быстро возрастает. В нагрузку (сопротивление R) отбирается ток /.

Уравнение ВАХ справедливо и при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава, изменяется лишь значение фототока I_рh. Максимальная мощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режи­ме, отмеченном точкой а.

Максимальная мощность, снимаемая с 1 см², равна

где £ - коэффициент формы или коэффициент заполнения вольт амперной характеристики, I_КЗ - ток короткого замыкания, Uxx -напряжение холостого хода.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 117; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!