Физика кафедрасы
жүктеу/скачать 6,09 Mb.
|
| Фотоэлементтер
Жұмыс істеу принципі бойынша барлық фотоэлементтер екі класқа бөлінеді. Бірінші класқа жататын фотоэлементтер сыртқы фотоэффектке негізделген вакуумды және газ толтырылған, екіншісіне бекітілген қабатты жартылай өткізгіштік фотоэлементтер. Оларды басқаша вентилді (жапқыштық) деп атайды, оның жұмысы ішкі фотоэффектке негізделген. Соңғыларға мыс тотығы, селен, германий, кремний және басқалар жатады . 24-сурет. Кең тараған фотоэлементтердің түрлері Вентилді фотоэлементтердің басқа түрлерден айырмашылығы жарық сәулеленуінің әсерінен олар бірқатар жағдайда тура күн жарығында меншікті п.ә.к.-ін өндіреді. Ол вольттің оннан бір бөлігі. Сонымен олар сәулелік энергияны электр энергиясына түрлендіруіне мүмкіндік береді. Электр энергиясының көзі ретінде қолданылатын фотоэлементтер, әдетте фотоэлектрлік фототүрлендіргіштер немесе жай фототүрлендіргіштер деп аталады. Фотоэлектрлік түрлендіргіштердің қазіргі кезде ең жетілгендеріне кремний элементі жатады [12, 22, 28]. Кремнийді негізгі материал ретінде таңдау бірқатар факторларға негізделген. Біріншіден, кремний оттегіден кейінгі Жер бетіндегі ең көп тараған элемент және оның өндірісі жақсы игерілген. Екіншіден, теория көрсеткендей, күн спектрі үшін ең үлкен қуат шығысы фототүлдендіргіштен алынады, олар тыйым салынған аймағының ені 1-1,5 эв шектерінде жататын жартылай өткізгіштермен дайындалады. Үшіншіден, кремний фототүрлендіргіштері күн сәулеленуін өзінің спектрлік сезімталдығына қолдануына жақын келеді. Төртіншіден, мысалы, германий құрылғыларымен салыстырғанда кремнилықтардың температуралық тербелістерге сезімталдығы төмен. p-n ауысуының фотоэлектрлік қасиеттері Монокристалдық кремний негізіндегі қарапайым күн элементі келесідегідей құрылымға ие болады: р-типті кремнилі пластинадан кіші тереңдікте жіңішке металдық байланысы бар p–n ауысуы орналасқан, пластинаның артқы жағында біркелкі металдық байланыс орналасқан [12]. p–n ауысуы жартылай өткізгіштің жарықтандыру бетіне жақын орналасады. Күн элементін электрэнергиясы ретінде қолданғанда оның соңына кедергі күші жалғану керек. Бастапқыда екі жағдайды қараймыз: қысқа тұйықталу режимі және (бірлік жүріс режимі). Осы режимдерге арналған зоналық диаграмма 9.4 а, б-суретте көрсетілген [12, 22, 28]. Бірінші жағдайда жарықтандырудың зоналық диаграммасының p–n ауысуы термодинамикалық жарықтандыру зонасынан айырмашылығы жоқ. Бірақ p–n ауысуы арқылы және сыртқы өткізгіш арқылы ток жүреді, р облысында элекронды-тесік жұптары шартында фоторегенерацияланады. Фотоэлектрондар, көлемдік заряд ауданына жақын орналасып, p–n ауысуының электр өрісі аймағында айналып, n-аумағына түседі [12,50,52]. Қалған электрондар шығындардың орнын толтыру үшін p–n ауысуына диффундалады, нәтижесінде олар да n-аумағына түседі. n-аумағында электрондардың шептік металдық байланысқа қарай, ішкі тізбектің ағысы және р-аумағындағы байланысқа бағытталған қозғалысы туындайды. 25-сурет. Жарықтандыру кезіндегі p–n-ауысуының энергетикалық зоналарының диаграммалары: а – қысқа тұйықталу; б – бірлік жүріс; в – кедергілік күштің қосылуы . Байланыс шекарасында р облысы жанында фоторегенерацияланған тесіктермен электрондар жақындағанда рекомбинацияланады. Ашық сыртқы тізбекте p–n ауысуындағы фотоэлектрондар n облысына түскенде осы облыста жиналады және n облысын кері зарядтайды. Р облысында қалған тесіктер р облысын оң зарядтайды. Осы кезде пайда болған патенциалдар айырмасы кернеудің бірлік жүрісі болып табылады . Полярлық p–n- ауысуының тік араласуына сәйкес келеді. Генерацияланған жарық ағынымен тасымалдағыш фототокты құрайды. өлшемі фотогенерацияланған p–n ауысуындағы бірлік уақытта өткен тасымалдығыш санына тең. , (9.3) мұндағы, – электрон зарядының өлшемі;– монохроматты сәулелену жұтылуының қуаты. Жартылай өткізгіште энергиямен әрбір жұтылған фотон бір электрондық-тесік жұбын құрайды [12, 22, 17, 52]. Бұл шарт Si және GaAs негізіндегі күн элементтеріне орындалады p–n ауысуы кезінде омдық нөлдік ішкі шығындар күн элементінің қысқа тұйықталу режимі p–n ауысудың ауытқуының нөлдік кернеуіне эквивалентті, сондықтан қысқа тұйықталу тогы фототокқа тең. (9.4 а-сурет) . (9.4) Бос жүріс тәртібінде p–n ауысуы жылжудың кернеуі . арқылы туатын тікелей ток - қаралық токпен теңестіріледі. «Қаралық» токтың абсолюттік мәні: , (9.5) Бұл жерде , (9.6) мұндағы, – Больцман тұрақтысы, 1,38·10-23 Дж/К=0,86·10-4 эВ/К;– абсолюттік температура, К; – қаныққан ток. жүктеу/скачать 6,09 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|