Лекция №1 Қатты денелі генераторлар, термо және фото электрлік құбылыстар Лекцияны оқыту нәтижелері
жүктеу/скачать 256,64 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Фототүрлендіргіштің жетілдірілмеген орындарына байланысты шамалар
| Күн фототүрлендіргішінің п.ә.к-і
Тәжірибе жүзінде п.ә.к. деп фототүрлендіргіштің ауданының бірлігінен алуға болатын Рмакс – максималды қуаттың, түрлендіргіштің жұмыстық бетінің бірлігіне перпендикуляр түсетін күнмен сәулеленудің жалпы қуатына W қатынасын білдіреді: (10.1) Жартылайөткізгіштефотонмен электрон-саңылаужұбынқұруүшінбелгілібір энергия қажет. Кремнийде, айтылыпөткендей, ол 1,12 эв құрайды, бұл 1,2 мк толқынұзындығынасәйкескеледі [5, 12, 25]. Толқын ұзындығы ұзынырақ фотондардың (спектрдің инфрақызыл облысынан тыс) энергиясы аз болады, сондықтан олар толықтай пайдасыз. Толқын ұзындығы қысқарақ фотондар да электрон-саңылау жұбын генерациялай алады, бірақ есептеулер көрсететіндей, бұл жағдайда п.ә.к. азаяды, себебі 1,12 эвшамасынан артылған фотон энергиясы жылу түрінде тарқап кетеді. Кремнийлі элементтің теориялық п.ә.к-і күн спектрі үшін шамамен 22-23% болуы тиіс екенін көрсетуге болады. Бұл жағдайда ішкі шығындар ескерілмейді және материалдағы жарықтың әсерінен пайда болған барлық электрон-саңылау жұбы пайдаланылады деп жорамалданады. Нақты фототүрлендіргіштер едәуір төмен п.ә.к.-не ие, себебі кейбір факторлар бұл цифрды төмендетеді. Мұндай факторлар сансыз көп және оларды екі топқа бөлуге болады. Олардың біреуіне аспаптардың жетіспеушіліктеріне байланысты факторларды, ал келесісіне пайдалану жағдайларынан туатын факторларды жатқызуға болады. Фототүрлендіргіштің жетілдірілмеген орындарына байланысты шамалар Фотоэлектрлік түрлендіргіште оған түсетін сәулелену энергиясы ішінара ток тасушыларының потенциалды энергиясына айналады. Дәл осы потенциалды энергия түрлендіргішке сыртқы жүктеме қосылған жағдайда ток шығаратын түрлендіргіштің э.қ.к.-і болып табылады. Құрылғының жетіспеушілігі салдарынан энергияның пайдалы өзгеруімен бір мезгілде энергияның кеңістікке жылу түрінде пайдасыз ыдырауына әкелетін үдерістер жүреді [5, 9, 12, 24]. Әрбір фотоэлектрлік түрлендіргіште энергия шығындарының келесідей түрлері орын алады (10.1-сурет): жарықтықшығындар; түрлендіргішішіндегіқозғалыскезіндегіэлектрондар мен саңылаулардың энергия шығындары; Жарықтықшығындармынажағдайлардыңсалдарынанболады: – түскенсәулеленудіңтүрлендіргіштіңбетіненшағылуы; – түрлендіргіштің жұмыстықзатындағыфотондардыңфотоэлектрлікбелсендіемесжұтылуы, яғнифотондардыңжартылайөткізгіште электрон-саңылаужұбына құрмастан жұтылуы; – фотондардыңбіразмөлшерініңартқы (сыртқы) электродқадейінөтіп, сондажұтылуы. Түрлендіргішішіндегіқозғалыскезіндегіэлектрондар мен саңылаулардың энергия шығындарыкелесідейүдерістердіңесебіненболады: – энергияныңторкөзгеберілуіменқатаржүретінжарықпенқұрылғанжұптардыңрекомбинациялануы; –фотоэлектрондар мен фотосаңылаулардың Rш шунттаушыкедергіарқылыжылыстауы; – фотоэлектрондар мен фотосаңылаулардыңолардыңторкөздіңатомдарыменсоқтығуыкезіндегі энергия шығындары (бірзонаныңшегіндетөмен орналасқан деңгейлерге өту); – фотоэлектрондар мен фотосаңылаулардың Rп түрлендіргіштіңтізбектіккедергісіарқылыөтуі. Жарықпенқұрылғанжұптардыңрекомбинациялануыжәнешунттаушыкедергіарқылыжылыстау ток бойыншашығындарды құрайды және жарықпен құрылған тасушылардың қайбөлігіжүктеменіңкедергісіарқылы ток түзеотырып, р-п-өткелгедейінжететінінанықтайды. Фотоэлектрондардың (немесефотосаңылаулардың) торкөздіңатомдарыменсоқтығуыкезіндегіжәнеолардыңтізбектіккедергіарқылыөтуікезіндегі энергия шығындарыкернеубойыншашығындардыбереді. Кернеубойыншашығындарфотоннанэлектронға (саңылауға) берілгенэнергияныңқай (орташа) бөлігіпайдасызжоғалатынынкөрсетеді. 10.1-суретінде қолайлыжағдайлардажұмысістейтінкремнийліфотоэлементкеарналғаншығындардыңтаралуыкөрсетілген. Жоғарыда аталған шығындардың әрқайсысына тоқталып өтелік. Жарықтық шығында– кремнийдің шағылу коэффициенті әжептәуір жоғары және ол шамамен 30%-ға жуық. Шағылуға кететін шығындарды фотоаппараттардың объективіндегі қабаттар тәріздес әртекті жарықтандыратын қабаттар қолдана отырып азайтуға болады. Бұл спектрдің көрнекті бөлігіндегі шағылуды 6-9%-ға дейін азайтуға мүмкіндік береді. Фототүрлендіргішке түсетін сәулелену энергиясының бір бөлігі ток тасушылары жұбының құрылуына байланысы жоқ жартылай өткізгіш денесінде жұтылу есебінен жоғалады, яғни жылуға айналады. 1,12 эв-дан кем энергиялы кванттарға сәйкес келетін күн спектрінің бүкіл ұзынтолқынды (белсенді емес) бөлігінің энергиясы күнмен сәулелену спектрінің 12-20%-ын құрайды. Спектрдің белсенді бөлігінің шағылуға кететін шығындарын ескергенде, жарықтық шығындар түсетін энегрияның 26-30%-дан астамын құрайды. 2-сурет. Кремний фототүрлендіргішінің энергия шығындарыныңтаралусұлбасы Сыртқы электродта жұтылу есебінен жоғалатын энергия мөлшері жұмыстық заттың қабатының қалыңдығымен анықталады. Әдетте сыртқы электродқа дейін спектрдің белсенді бөлігінің ұзын толқынды облысының сәулеленуінің шамалы үлесі ғана жетеді. Рекомбинациялық шығындар – жартылай өткізгіш қабатында жарықпен құрылған негізгі емес ток тасушыларының барлығы бірдей жүктемедегі ток түзілуіне қатыспайды. Олардың бір бөлігі негізгі тасушылармен бірге көлемде немесе бетте рекомбинацияланады. Бұл жағдай жұптарды бөлу тиімділігін сипаттайтын α коэффициентін енгізер кезде ескеріледі. α шамасы тәжірибелік өлшенген қысқа тұйықталу тогының (яғни, сыртқы тізбекке өтетін ток тасушыларының жалпы санының) жартылай өткізгіште уақыт бірлігінде генерацияланатын ток тасушыларының толық санына қатынасын білдіреді. Жұптарды бөлу тиімділігі келесідей бірқатар факторларға тәуелді: жартылай өткізгіштегі жарықтың жұтылу коэффициенті; р-п өткелдің орналасу тереңдігі мен жұптардың құрылуы жүретін облыстың көлемі арасындағы арақатынас; р-п-өткелдіңені; ток тасушыларының диффузиялық ығысу ұзындығы; жұмыстық беттіңжағдайынатәуелдібеттікрекомбинацияныңжылдамдығы. Рекомбинацияға кететін шығындарды азайту үшін өткел жұптар құрылатын облыстан диффузиялық ығысудың ұзындығынан кем арақашықтықта тұруы қажет. Оған қоса, фотоэлементтің п.ә.к.-ін едәуір төмендететін беттік рекомбинацияның жылдамдығын минимумға жеткізу қажет. Тізбектік кедергі және ол себепші болған фототүрлендіргіштің құрылмасы туатын шығын–фототүрлендіргіштің тізбектік кедергісі Rn айтарлықтай дәрежеде оның сапасын анықтайтын фактор болып табылады. Шунттаушы кедергі-Rш түрлендіргіштің жұмысына Rn қарағанда едәуір аз әсер етеді. Әдетте Rш шамасы 1000 Омнан асады. Бірақ тіпті Rm=100 Ом болған кезде де бұл кедергі себепкер болған ток шығындары генерацияланатын токтың 1%-ын құрайды және де алынатын қуаттың шығыны мардымсыз. Rш шамасының азаю себебі болып әдетте белгілі бір себептермен өндіріс үдерісі кезінде фотоэлементтің бетінде р-п-өткелдің сыртқа шығатын жерлерінде қалып қойған әрқилы бөгде қосылулар табылады. жүктеу/скачать 256,64 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|