1-bob. YaRimo’tkazgichlar va ular asosidagi quyoSh fotoelementlari to’G’risida umumiy tushunchalar

Quyosh fotoelementining voltamper xarakteristikasi..

Quyosh elementlarining asosiy xarakteristikasi hisoblangan, volt-amper xarakteristika (VAX) va spektral sezgirlik YaO’ materiallarning optik va elektrofizik xususiyatlariga bog’likdir.

QE VAX r-n O’tishli YaO’ diodning VAX idan yangi I_f hadning paydo bo’lishi bilan farq qiladi. I_f – optik nurlanish ta’sirida quyosh elementida generatsiya bo’lgan tokdir. Agar I_d – diod orqali oqayotgan tok va I – tashqi yuklanma orqali oqayotgan tok bo’lsa, u holda,
I_f = I_d e I (9)
va I_d e I_o(exp (eU/kT) – 1) (10)

diodning qorong’ilikdagi xarakteristikasi bo’ladi. Bunda I_o – r-n O’tishning teskari yO’nalishdagi tO’yinish toki, e – elektron zaryadi, T – mutlaq harorat, k – Boltsman doimiyligi, U – yuklamadagi kuchlanish.

Qarshiligi cheksiz katta zanjir uchun, ya’ni I q 0 da, yuqoridagi tenglamadan
U_xx q ln(I_fG’I_o Q1) kTG’q (11)
kelib chiqadi. Bu QE ning salt ishlash kuchlanishidir.
Amalda Quyosh elementlarida ketma-ketlik qarshiligini tashkil qiluvchilar bu kontaktlarni tashkil qiluvchi qatlamlar qarshiligi, alohida r- va n-sohalar qarshiligi, metall-yarimo’tkazgich orasidagi O’tish sohalari qarshiligi, xamda Rsh shunt qarshiligi va hokazolardir. Bu qarshiliklarni, hamda r-n O’tishdagi rekombinatsion yO’qotishlarni hisobga olib VAX ni murakkabroq ko’rinishda ifoda etish mumkin, ya’ni
L_n (I G’ I_f)G’I_o – (U – IRG’I_o R_sh - 1) q qG’AkT(U – I_rn) (12)

Kiritilgan koeffitsient A, amaldagi asbobning ideal asbobga nisbatan yaqinlik darajasini kO’rsatadi. Bu tenglamani amaliyotga yaqin qilib qo’yidagicha yozish mumkin.

I = I_f - I_o (exp e(U - IR) G’AkT – 1 - U - IRG’R_sh (13)

Quyosh elementining birlik yuzasidan olinayotgan quvvat R ni qo’yidagi tenglamadan baholash mumkin.

P = (I_n U_n) = ξ I_kz U_xx (14)
bu erda, ξ – volt-amper xarakteristikaning tO’ldirish koeffitsienti, ya’ni VAX shaklining tug’ri turtburchakka qay darajada yaqinligini kO’rsatadi. TO’ldirish koeffitsienti hozirgi zamon QE larida ( kremniy va galliy arsenidi asosidagi elementlarda) 0,8 va undan kattadir. Ketma-ketlik va shunt qarshiligi qarshiligi R_sh ni cheksizlikdan 100 Om gacha kamayishi VAX shakliga deyarli ta’siri etmaydi va shu jumladan QE ning chiqish qo’vvati R_v ga ham. Holbuki, ketma-ketlik qarshiligi R_p ning 1 Om dan 5 Om gacha O’zgarishi, VAX shaklini keskin yomonlashishiga olib keladi va chiqish qo’vvati R_v nisbatan kamayadi.


4-rasm. Atmosferadan tashqari holdagi Quyosh nurlanishi uchun O’lchangan hozirgi zamon kremniy asosidagi QE ning tipik volt-amper xarakteristikasi. 1 – yorug’lik ta’siridagi; 2 – qorong’ilikdagi holatlar.
QE VAX ning yorug’lik va qorong’ilikdagi xususiyatlarini aniqroq tahlil qilish mumkin. Odatda kuchlanish darajasiga qarab r-n O’tishdan O’tayotgan teskari tO’yinish tokining O’tish mexanizmi O’zgaradi. Bu tok odatda ikkita tokning yig’indisidan iborat, ya’ni
I qI_o1 [( eUG’kT) - 1] - I_o2 [( expeUG’kT) - 1] – I_f (15)
Bu erda, I_o1 – yupqa r-n o’tish orqali diffuzion mexanizm vositasida oqayotgan tok, I_o2-, esa A q 2 ga teng bo’lgan hol uchun r-n O’tish sohasida rekombinatsiya hodisasi uchun teskari tO’yinish toki. Quyosh elementlarining qorong’ilik va yorug’likda o’lchangan VAX asosida uning ayrim parametrlarini aniqlash mumkin. Bular jumlasiga I_o, R_p, R_sh, A kiradi. Qo’yidagi keltirilgan 4-rasmda AM0 sharoit uchun tipik VAX va qorong’ilikda olingan element VAX lari keltirilgan. Birinchi kvadrantdagi yorug’lik sharoitida olingan VAX ning bir qismi, va uning turtinchi kvadrantdagi davomi tug’ri chiziqlidir. Bu tug’ri chiziqning toklar O’qiga qiyaligi QE ning ketma-ketlik qarshiligini belgilaydi.
R_p q ΔU_prG’Δi_pr (16),

bu erda, ΔU_prG’Δi_pr qiymatining U_xx ga yaqin sohasidagi o’zgarishi olinadi. Keltirilgan xarakteristikaning birinchi kvadrantdagi qismi va uning ikkinchi kvadrantdagi davomi tO’g’ri chiziqdir. Uning kuchlanishlar o’qiga og’masi QE dagi shunt qarshiligi Rsh ni qiymatini belgilaydi, ya’ni

R_sh q ΔU'_prG’ ΔI'_pr (17)

bu erda ΔU'_pr va ΔI'_pr lar qiymatlari qisqa tutashuv toki I_kz ga yaqin sohadagi o’zgarishi olinadi.

Yorug’likda olingan VAX ning qisqa tutashuv toki I_kz atrofidagi tO’g’ri chiziq qiyaligini O’zgartirilishi qiyin bo’lganligi uchun, shunt qarshiligi R_sh qorong’ilikda olingan VAX ning qiyaligidan aniqlanadi ( ikkinchi kvadrant shtrix chiziq), ya’ni
R_sh q ΔU_obrG’ ΔI_obr (18)
Qorong’ilikda olingan xarakteristika yordamida teskari tO’yinish toki I_o ni aniqlash mumkin. Quyosh elementlari r-n o’tishi ish rejimida to’g’ri yO’nalishda ulangan bo’ladi, ya’ni optik nurlanishi ta’siri natijasida
muvozanatda bo’lmagan zaryad tashuvchilarning r-n o’tishning ikkala tomonda ham hosil bo’lishi, bu r-n o’tishning tO’g’ri yO’nalishda ulanganligini kO’rsatadi. Shuning uchun, teskari tO’yinish toki I_o va ideallanish koeffitsienti A ni topish uchun ularni tO’g’ri yO’nalishda qorong’ilikda yoki yorug’likda o’lchangan VAX dan topish maqsadga muvofiqdir. Qorong’ilikda olingan VAX ga taaluqli diod tenglamasini boshqacha kO’rinishda qo’yidagicha yozish mumkin.
L_n (I_d Q I_o) = ln I_o - eUG’AkT (19)

bu tenglama hisob-kitob uchun tokning qiymati katta bo’lgan I_d >> I_o sharoitda ishlatilishi va teskari tO’yinish toki rekombinatsion mexanizm asosida r-n o’tish orqali o’tadigan holi uchun ishlatilishi mumkin. QE ning tO’g’ri yo’nalishda O’lchangan VAX (katta tok va kuchlanishlar uchun) asosida ln I_o q f(U) funktsiyasini chizish mumkin. Bu tenglama qiyaligining tangensi qG’AkT ga teng bo’ladi.Uning ordinata O’qida kesgan kesmasi ln I_o ning qiymatini beradi.

QE real ishlashiga yaqin sharoitda I_o va A ning qiymatini aniqlashning yana bir usuli mavjud. Buning uchun yorug’lik oqimi zichligining hech bo’lmaganda ikki xil qiymatida imitator yordamida QE ning VAX O’lchanadi. Ketma-ketlik qarshiligi R_p uchun kuchlanishlar pasayishi va r-n O’tish sohasida rekombinatsiya bo’lishi jarayoni uchun yuqoridagi tenglamani keltiramiz, ya’ni
I =I_o[exp{e(U-IR_p)G’AkT} - 1] – I_f (20)
Salt yurish rejimida I q 0, U q U_xx bo’lgani uchun, R_p q 0 va u holda I_f q I_kz deb olish mumkin. U holda

L_p (I_kz - I_o) q ln I_o - eUxxG’AkT (21)

Bu tenglamani qO’llash uchun etalonli QE yordamida har bir yangi optik nurlanish oqimi zichligiga tO’g’ri keladigan I_kz q f(E) tenglamaning chiziqli qiymatlari topiladi va undan I_kz va U_xx aniqlanadi. Tangens burchagidan qG’AkT ning qiymati topiladi va uning ordinata uqi bilan kesishadigan kesmasidan ln I_o ning qiymati aniqlanadi.