Muqobil energiyadan foydalanish bugungi kun ehtiyoji va O‘zbekistonda Quyosh energiyasidan foydalanishni rivojlantirish

QUYOSH BATAREYALARI VA ULARDAN FOYDALANISH
Quyosh energiyasidan foydalanishning juda ham ko’p usullari mavjud bo’lib, bulardan eng samaralirog’i bu-nurlanish energiyasini boshqa turdagi energiyaga aylantirishda foydali ish koeffitsienti eng katta bo’lgan qurilma bu yarim o’tkazgichli quyosh batareyasi bo’lib hisoblanadi. Yarim o’tkazgichli fotoelementlarni quyosh batareyasi sifatida ishlatishda quyoshdan kelayotgan radiatsiyaning spektral tarkibini bilish masalaning asosiy tomonlaridan biri bo’lib hisoblanadi. Shuning uchun quyosh batareyasini tayyorlashda quyosh spektrining qaysi qismlaridan foydalanish mumkinligini ko’rsatuvchi yarim o’tkazgichning optik xususiyatlarini va quyosh energiyasini elektr energiyaga samarali aylantirib bera olishligini xarakterlovchi elektr xususiyatlarini bilgan holda, yarim o’tkazgich materialini tanlab olish zarurdir.
Yarim o’tkazgichning bunday xususiyatlariga ta’sir qiluvchi parametrlaridan biri- man qilingan zonanig kengligi E_g ni bilish kerak. Ma’lumki, elektron – teshik juftini hosil qilish uchun energiyasi Eg ga teng yoki undan katta bo’lgan foton yutilishi kerak, ya’nihEgbunda E_g dan kichik bo’lgan energiyali fotonlar valentlik zonasidan o’tkazuvchanlik zonasiga elektron chiqara olmaydi. Bu hodisaga qaraganda E_g kichik bo’lgan yarim o’tkazgich tanlab olish maqsadga muvofiq emasdek ko’rinadi.
Eg kichiklasha borsa, fotonning ortiqcha energiyasi issiqlikka aylanishi natijasida samaradorligi kamaya boradi.Agar E_g katta bo’lgan yarim o’tkazgich tanlab oladigan bo’lsak, yutilayotgan fotonlarning aktivligi kamaya boradi va yana nurlanish spektrining bir qismi bekorga sarf qilinadi Quyosh batareyasidagi qisqa ulanish tokini
jq.u= e (1 - r ) ( 1 – e –a d )Qn(Eg)
ko’rinishida yozsak bo’ladi. Bunda ( Eg ) – energiyasi Eg dan katta va unga teng bo’lgan birlik vaqtda fotoelementning birlik yuziga tushayotgan fotonlar sonini ko’rsatadi. Yer sirtining birlik yuziga tushayotgan quyosh radiatsiyasining aktivligi va spektral tarkibi uning atmosferadagi chang, suv bug’lari, gaz molekulalari va hokazolarda yutilishiga bog’liq bo’ladi. Atmosfera asosan ultrbinafsha spektrini kamaytiradi. Atmosferadagi bu ta’sirni m va lar orqali xarakterlash mumkin.Bunda m yorug’likning optik yo’lini xarakterlab, formula orqali aniqlanadi, bu yerda fotoelement bilan zenit va quyoshni tutashtiruvchi to’g’ri chiziqlar orasidagi burchak, atmosferadagi suv bug’larining miqdorini xarakterlaydi. Bu kattaliklarning aniq qiymatini bilgan holda quyosh radiatsiyasining chastotalar bo’yicha taqsimotini va shu bilan birga energiyasi ga teng va undan katta bo’lgan fotonlarning to’liq sonini aniqlash mumkin.
Quyosh batareyasivaunihisoblash P – n – o’tishda foto elektr yurituvchi kuchning ( e. yu. k. ) ning hosil bo’lishiMetall yarim o’tkazgich kontaktida vujudga keladigan berkituvchi qatlamga asoslanib tayyorlangan fotoelementlardan olinadigan foto e. yu. k va ularning foydali ish koeffitsienti juda kichikdir. Yuqori samarali p – n- o’tishli tranzistorlarning tayyorlanishi f. i. k. katta bo’lgan p – n-o’tishli yarim o’tkazgichli fotoelementlarning yaratilishiga zamin bo’ldi. Germaniy elementidan tayyorlangan p – n – o’tishli fotodiod va fotoelementlardan yuzlarcha marta sezgir edi. Lekin fotoelementni takomillashtirish uchun tajribada olingan faktlar yetarli emas edi. Bundan tashqari bunday fotoelementlarning parametrlarning o’zgarishi va ularning temperatura fotoelementining geometrik o’lchovlari va hokazolarga qanday bog’liq ekanligini ko’rsatib beruvchi nazariy ish yo’q edi. Buning uchun yorug’lik- elektromagnit to’lqinlar ta’sirida p – n- o’tish o’zini qanday tutishini nazariy ko’rib chiqish kerak. Bunday vazifani birinchi R. L. Kummerrov bajaradi.Yorug’lik yarim o’tkazgichda yutilishi natijasida elektron - kovak juftlari hosil qiladi. Bu juftlar p – n- o’tishga yaqin borganda maydon ta’sirida ajraladi. Generatsiyalangan juftlarning soni yarim o’tkazgichning ichkarisiga qarab eksponensial kamayib boradi. Yorug’lik ta’sirida generatsiyalangan zaryad tashuvchilarning bir qismida hajmiy rekombinatsiya ro’y beradi.Elektron – kovak jufti p – n- o’tishda ajralishi natijasida elektronlar n- sohaga, kovaklar esa p- sohaga o’tib, u yerda to’plana boshlaydilar. Bu jarayon p – n- o’tishda foto e.yu.k. ning hosil bo’lishiga olib keladi. Agar tashqi zanjirga ulasak, berk zanjirdan tok o’ta boshlaydi.p – n- o’tishga ega bo’lgan yarim o’tkazgichga yorug’lik tushishi bilan n- sohaga elektronlarning, p- sohasiga esa kovaklarning ortib borishi cheksiz davom etmaydi, chunki p – n- o’tishdan potensial baryer pasayishi bilan to’g’ri tok ham hosil bo’ladi. p – n- o’tishda ajralayotgan elektron va teshiklarning yo’nalishi to’g’ri tokda ishtirok etayotgan zaryad tashuvchilarning yo’nalishiga qarama qarshidir. Demak yorug’lik ta’sirida hosil bo’lgan elektron- kovak jufti p – n – o’tishda ajralishi natijasida n- sohaga o’tayotgan elektronlar bilan to’g’ri tokda ishtirok etib, n- sohadan p- sohaga o’tayotgan elektronlar soni teng bo’lib qolsa, xuddi shunday ikkala tomonga yo’nalgan kovaklarning soni tenglashishi bilan statsionar holat yuz beradi. Shu vaqtda p – n- o’tishda hosil bo’lgan yu. e. k. foto e. yu. k. deb yuritiladi.
Kummerov o’z nazariyasida zaryad tashuvchilarning hajmiy rekombinatsiyasini hisobga olgan xolos. Vaholanki, zaryad tashuvchilarning bir qismida sirtiy rekombinatsiya ham ro’y beradi. Bu jarayon ham fotoelementning foydali ish koeffitsientining kamayishiga olib keladi. p – n- o’tishli real fotoelementlarda hajmiy zaryad faqat p – n- o’tishda hosil bo’lmasdan metall yarim o’tkazgich kontakt oldida ham hosil bo’lishi mumkin. Bu hajmiy zaryad ma’lum sharoitda p – n- o’tishning xususiyatlariga ta’sir ko’rsatadi.
Yarim o’tkazgich sirtida mavjud bo’la oladigan sirt zaryadi ta’sirida fotoelementning sirtiga yaqin joyda hajmiy zaryad paydo bo’lishi mumkin. Sirt energetik sathida ( masalan, Tamm energetik sathi) turgan elektonlar juda katta elektr maydonni hosil qila oladi. Bu maydon sirtga yaqin joyda energetik zonalarning yo’nalishini egrilatib sirt oldida zaryad tashuvchilarga berkituvchi qatlamni hosil qiladi. Ba’zida har xil sabablarga ko’ra zaryad tashuvchilarga boy bo’lgan berkitmaydigan qatlamni hosil qilishi mumkin. p – n-o’tishga yaqin turgan zaryad tashuvchilarning diffuziyalanib siljish uzunligi tartibidagi bunday hajmiy zaryadlar qatlami sirtiy rekombinatsiya tezligiga ta’sir qila oladi, natijada, fotoelementdagi foto e. yu. k. ning ortishi yoki kamayishiga va fotoelementning volt- amper xarakteristikasining o’zgarishiga olib keladi. Yarim o’tkazgichli fotoelementlar faqat yorug’lik energiyasini elektr energiyasiga aylantirib bermasdan, har xil nurlanish ( radioaktiv nurlar) energiyasini ham elektr energiyaga aylantirib bera oladi.
Fotoelement kontaktlarida va p – n- o’tishdagi hajmiy zaryadning qalinligi p- va n- sohaning kengligidan ancha kichik deb ko’ramiz. Bu qatlamda elektr maydon kuchlanganligi E koordinata funksiyasi bo’lib, bog’lanish har xil ko’rinishda bo’lishi mumkin. Shuning uchun E ni umumiy ko’rinishda qaraymiz.

Hisoblashlar vaqtida quydagi shartlar bajariladi deb qaraymiz: