«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»
жүктеу/скачать 39,1 Mb.
|
| 15 – сурет. Күн элементінің қарапайым конструкциясы.
р-n-өтуі жартылай өткізгіштің жарықтанған бетіне жақын орналастырылсын. Электроэнергияның қайнар көзі ретінде күн элементін пайдалану кезінде оның шығысына RH кедергі жүктемесі жалғанылуы қажет. Алдымен екі жағдайды қарастырайық: RH = 0 (қысқа тұйықталу режимі) және RH = ∞ (бос жүріс режимі). Осы режимдерге арналған зоналық диаграммалар 3.2.2 а,б суреттерінде көрсетілген. Бірінші жағдайда жарықтанған р-n-өтудің зоналық диаграммасы термодинамикалық тепе-теңдік кезіндегі зоналық диаграммадан ешқандай айырмашылығы жоқ (жарықтанусыз және жылжыту кернеу қосымшасысыз), өйткені сыртқы қатпарлану (закорачивание) n- және р- аудандар арасында потенциалдар айырымын 0-дік шамасын қамтамасыз етеді. Бірақ, р-n-өтуі және сыртқы өткізгіш арқылы р-ауданында электронды-тесікті бу шарттанған фотогенерациямен ток ағады. Көлемдік заряд ауданына жақын жерде пайда болған фотоэлектрондар р-n-өтудің электрлік өрісімен елігеді (увлекаться) және n-ауданына түседі. Металл байланысының артқы жағына бағытталған электрондар қозғалысы пайда болады, сыртқы торға және р-ауданындағы байланысқа ағуы болады. р-ауданымен байланыс шекарасында мұнда келген электрондардың фотогенеративті тесіктерімен реконбинациясы болады. а – қысқа тұйықталу режимінде; б – бос жүрісте; в – жүтеме кедергісіне қосылу. 16 – сурет. Жарықтандыру кезіндегі р-n-өтудің зоналық энергетикалық диаграммалары.
Тасушының генерацияланған түсінің ағыны фототок Iф құрайды. Iф шамасы уақыт бірлігінде р-n-өтуі арқылы өткен фотогенерациялық таусшылардың санына тең. Iф = q  , (3.2.1)
Мұндағы q – электрон зарядының шамасы; Рu – монохроматикалық сәулеленудің жұтылған қуаты. Мұнда, жартылай өткізгіште энергиясы hν ≥ Eg жұтылған әрбір фотон бір электронды тесікті жұп құрайды. Бұл шарт Si және GaAs негізіндегі күн элементтері үшін жақсы ыорындалады. Күн элементінде нөлдік ішкі омдық шығындар кезінде (3.2.2,а - сурет) р-n-өтуінің нөлдік кернеу жылжуына эквивалентті, сондықтан қысқы тұйықталу тогы Iк.з фототокка тең. Iк.з = Iф . (3.2.2) Бос жүрісті режимде (3.2.2,б - сурет) фототок «қараңғы»(темновой) токпен Im теңгеріледі - р-n-өтуі арқылы тура ток, Ux.x кернеуі жылжуы кезінде пайда болады. «Қараңғы» токтың абсолюттік шамасы Im = I0 ехр [ осыдан Iф>> I0 кезінде Ux.x =   , (3.2.4)
мұндағы к – Больцман тұрақтысы, 1,38*10-23Дж/К=0,86*10-4 эВ/К; Т – абсолют температурасы, К; I0 – қанығу тогы; А - р-n-өтуінің вольт-амперлік сипаттамасының параметрі, бұл келесідей заңға сәйкес 1-ден 2-ге дейін графиктің әртүрлі кесінділері үшін ауысып отырады А = 0,434  ∆U, (3.2.5)
мұндағы ∆U – бір реттегі жанама бойынша ток тығыздығының (немесе токтың абсолютті шамасы) өсуі кезіндегі кернеу өсуі. «Қараңғы» ток токтың негізгі емес тасымалдаушыларының кері комбинациясымен бірге жүреді (бұл жағдайда – р-облысында электрондармен). Кері комбинация болған жағдайда электрлі-тесікті будың потенциалды энергиясы hν≈Eg фотондардың сәулеленуі арқасында немесе кристалдық тордың қыздырылуы арқасында кетеді. Бұл екі процестер де 3.2.3, б – суретте қосымша бағыттар арқылы көрсетілген. Яғни күн элементінің бос жүрісті режимі светодиод жұмысының режиміне эквивалентті, сонымен қатар өтпелі бағыттағы түзегіш диодтар жұмысының режиміне эквивалентті. Күн элементінің вольт-амперлық сипаттамасы Жарықтанған р-n-өтуінің вольт-амперлықсипаттамасы үшін жалпы көрстекішін табайық. Ол үшін оған түрленуші кернулі қоректену көзі қосылсын. Iф жылжу фототогының оң кернеуі кезінде р-n-өтуіндегі «қараңғы» токтан алынады, ал теріс болғанда онымен қосылады. Вольт-амперлік сипаттама үшін көрсеткіш мына түрде жазылады I = I0 [exp  ] – Iф . (3.3.1)
р-n-өтуге жүктеменің түрленуші кедергісі қосылуын қарастырайық (3.2.2,в - сурет). Жүктемедегі ток бағыты әрқашан Iф бағытымен сәйкес келеді, ал жүктеменің тогы р-n-өтуі арқылы өткен нәтиже токка тең болады ((3.3.1) қара). Iф токтың бағытын оң деп қабылдап, Iн-ді былай жазуға болады Iн= Iф – I0  (3.3.2)
мұндағы Uн – жүктемедегі кернеу, р-n-өтуіндегі кернеуге тең. (3.2.2) көрсеткіші жарықтандырылған р-n-өтуінің жүктемелік вольт-амперлік сипаттамасын көрстетеді. Жүктемелік ВАС арсенид-галлиелік р-n – өтуі үшін фото ток шамасы Iф = 1А 3.3.1,а – суретінде көрсетілген, осы суретте жүтеменің омдық кернеуінің ВАС көрсетілген Iн=  ,
Rн1 = 0,1Ом, Rн2 = 1,026 Ом және Rн3 = 10 Ом үшін. 
жүктеу/скачать 39,1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
] = Iф, (3.2.3)