Quyosh energiyasidan foydalanishning energetik tizimlari va qurilmalari

Quyosh nurlanishining to‘g‘ridan-to‘g‘ri energetik o‘zgartirish
Yorug‘likning yarimo‘tkazgichlarda yutilishi. Optik nurlanish yarim o‘tkazgichlar bilan o‘zaro ta’siri vatida qisman yutiladi, qisman uning yuzasidan akslanadi, qisman yutilishsiz o‘tib ketadi. Yutilgan, akslangan va o‘tgan energiyaning ulushlari mos keluvchi koeffitsientlar bilan baholanadi. Yorug‘lik nurlanishini o‘tkazish koeffitsienti (T) quyidagicha:
(3.2)
akslanish koeffitsienti esa
( 3.3 )
o‘z navbatida yutilish koeffitsienti
(.3.4)
bu yerda R_o‘tish – o‘tgan nurlanishning quvvati; R_aks – yuzadan akslangan nurlanishning quvvati; R_yutil – yutilgan nurlanishning quvvati; R_tush – tushayotgan nurlanishning quvvati.
p-n o‘tishda fotoelektrik effekt. QE optik nurlanishni soniyalarda energiyaning issiqlik va mexanik ko‘rinishi bilan bir qatorda bevosita to‘g‘ridan-to‘g‘ri elektr energiyasiga o‘zgartiradi.
Uning ish jarayoni p–n o‘tishli yarimo‘tkazgichli strukturalarda, shuningdek (getereoo‘tishlar, Shottki to‘siqli) strukturalarda ichki fotoeffekt hodisasiga asoslangan. Eng sodda konstruksiyali QE ikkita har xil o‘tkazuvchanlik turidagi qatlamlardan (n – elektronli va p – kovakli) tashkil torgan (3.10-rasm)



3.10-rasm. Kristall kremniyli QE konstruktiv sxemasi

3.11-rasm. p – n o‘tishining hosil bo‘lishi
n – turdagi yarimo‘tkazgich bir qancha miqdordagi donar turdagi kirishma atomlaridan tashkil topgan, bunda o‘z atomlar xona harakatida hammasi ionlashgan holatda bo‘ladi. Batafsil aytganda strukturada n₀ miqdorda muvozanatdagi erkin elektronlar bo‘lsa, xuddi shu miqdorda qo‘zg‘almas musbat zaryadlangan ionlar ham mavjud bo‘ladi. Kovakli o‘tkazuvchanlikda (n–turdagi yarimo‘tkazgichda) p₀ erkin zaryad tashuvchilar bo‘lib kovaklar va shuncha qo‘zg‘almas holatda manfiy zaryadlangan ionlar bo‘ladi.
p va n – sohalar tushuntirilganda (3.11-rasm) ularda elektronlar va kovaklar konsentratsiyalari gradienti hisobiga n–tur yarimo‘tkazgichdan p–tur yarimo‘tkazgichga qarab elektronlarning diffuzion oqimi yuzaga keladi, aksincha p–sohadan n–sohaga kovaklar oqimi harakatlanadi. n-sohadan p–sohaga o‘tgan elektronlar bo‘linish chegarasi yaqinida kovaklar bilan rekombinatsiyalanadi. O‘xshash holda p – sohadan n – sohaga o‘tgan kovaklar g‘am elektronlar bilan to‘qnashib rekombinatsiya jarayonini yuzaga keltiradi. Natijada p–n o‘tish yaqinida amaliy jihatdan erkin zaryad tashuvchilar qolmaydi, p – n o‘tishning ikki tomonidan qo‘zg‘almas ionlar bilan shakllangan qo‘sh zaryadli qatlam (fazovaiy zaryadlar sohasi yoki birlashtirish sohasi) hosil bo‘ladi. FZS ning elektr maydoni birlashtirilgan sohada asosiy zaryad tashuvchilarning diffuziya jarayoniga qarama qarshi ta’sir ko‘rsatadi. Bu muvozanat holati deb atalib tashki ta’sir yo‘qligida istagancha mavjud bo‘lishi mumkin.
Yarimo‘tkazgichda yutilayotgan optik nurlanish kvant energiyasi taqiqlangan zona kengligiga teng yoki katta bo‘lgan shart bajarilganda “elektron -kovaklar” juftligini FZS sohasiga etib borgan asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar diffuzion uzunligiga teng bo‘lgan tashuvchilar hisoblanadi. Diffuzion uzunlikka qaraganda o‘tish chegarasidan katta bo‘lmagan masofada p va n – sohalarda generatsiyalanadigan asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilar rekombinatsiya oqibatida FZS ga tushmaydi. Bu holatda zaryadlarning ajralishi p– n o‘tishining o‘rnatilgan elektr maydoni sabab amalga oshiriladi. Shunday qilib p – n o‘tishli yarimo‘tkazgich strukturalarda yorug‘likning yutilishi foto-EYUK ni yuzaga kelishiga va tashqi zanjir mavjudligida esa bu zanjirda tok hosil bo‘lishiga olib keladi.
Yuzaga keluvchi fototok nurlanish yutilishi natijasida generatsiyalangan elektron–kovaklar miqdoriga to‘g‘ri proporsionaldir, o‘z navbatida moddada yutilgan nurlanish kvantlari miqdoriga ham proporsional hisoblanadi. Gamogen p– n o‘tishini qarab chiqsak, p va n – sohalarini qalinliklari mos ravishda L_n – (p – sohada elektron diffuzion uzunligi) va Lp (n – sohada kovaklarning diffuzion uzunligi) bo‘ladi, shuningdek yuza rekombinatsiyasi va orqa kontaktdan optik nurlanish hisobiga generatsiyalangan asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning ko‘pchiligi p – n o‘tish maydoni tomonidan ajratiladi.
Quyosh elementlari (angl. Solar cell)- quyosh optik nurlanishini to‘g‘ridan to‘g‘ri elektr energiyasiga o‘zgartiruvchi yarimo‘tkazgichli materiallar hisoblanadi. Quyosh elementlari doiraviy, psevdokvadrat, kvadrat yoki to‘g‘ri to‘rtburchakli shaklda bo‘ladi. Psevdokvadrat quyosh elementining standart o‘lchamlari: 100x100 mm², 125x125mm², 156x156 mm², 210x210mm² bo‘ladi.
Dunyoda ishlab chiqarilayotgan quyosh batareyalarining 92% dan ortig‘i kremniy asosidagi yarimo‘tkazgich materiallardan tayyorlanadi. Kremniy quyosh elementi strukturaviy tarkibiga ko‘ra kristall va amorf kremniylarga bo‘linadi. Kristall kremniy o‘z navbatida mono va polikristall kremniylarga bo‘linadi (3.12-rasm).