Основні принципи роботи сонячних елементів

Найпростіша конструкція сонячного елементу (СЕ) - приладу для перетворення енергії сонячного випромінювання в електричну - показана на рис. 3.

Рис.3. Конструкція сонячного елемента

 

На малій глибині від поверхні кремнієвої пластини р-типу сформований р-n-перехід з тонким металевим контактом. На тильну сторону пластини нанесено суцільний металевий контакт. Коли сонячний елемент освітлюється, поглинені фотони генерують нерівноважні електрон-діркові пари. Електрони, що генеруються в р-шарі поблизу р-n-переходу, підходять до р- n-переходу і існуючим в ньому електричним полем виносяться в      n-область. Аналогічно і надлишкові дірки, створені в n-шарі, частково переносяться в р-шар (рис. 4а).

                              

Рис. 4. Зонна модель розімкнутого p-n-переходу:  в початковий момент освітлення

 

У результаті n-шар набуває додаткового негативного. На малій глибині від поверхні кремнієвої пластини р-типу сформований р-n-перехід з тонким металевим контактом. На тильну сторону пластини нанесено суцільний металевий контакт. Коли сонячний елемент освітлюється, поглинені фотони генерують нерівноважні електрон-діркові пари. Електрони, що генеруються в р-шарі поблизу р-n-переходу, підходять до р- n-переходу і існуючим в ньому електричним полем виносяться в n-область. 

Аналогічно і надлишкові дірки, створені в n-шарі, частково переносяться в р-шар (рис. 4). У результаті n-шар набуває додаткового негативного заряду, а р-шар - позитивний. Знижується первісна контактна різниця потенціалів між р-і n-шарами напівпровідника, і в зовнішньому ланцюзі з'являється напруга (рис. 5).

 

                      

б.)

Рис. 5. Зонна модель розімкнутого p-n-переходу: - зміна зонної

моделі під дією постійного освітлення і виникнення фото ЕРС

 

Негативному полюсу джерела струму відповідає n-шар, а р-шару - позитивному. Величина встановленої фото - ЕРС при освітленні переходу випромінюванням постійної інтенсивності описується рівнянням вольт-амперної характеристики (ВАХ).

де I-загальний струм, I_s-струм насичення, а I_ph –фотострум, k-стала Больцмана, T-абсолютнатемпература, q-заряд електрона.

Для ефективної роботи сонячних елементів необхідне дотримання ряду умов:

• оптичний коефіцієнт поглинання активногошару напівпровідника повинен бути достатньо великим, щоб забезпечити поглинання значної частини енергії сонячного світла в межах товщини шару;

• генеруються при освітленні електрони і дірки мають ефективно збиратися на контактних електродах з обох сторін активного шару;

• сонячний елемент повинен володіти значною висотою бар'єру в напівпровідниковому переході;

• повний опір, включений послідовно з сонячним елементом (виключаючи опір навантаження), повинен бути малим для того, щоб

зменшити втрати потужності (тепло джоуля) в процесі роботи; 

• структура тонкої плівки повинна бути однорідною по всій активній області сонячного елемента, щоб виключити закорочування і вплив шунтуючих опорів на характеристики елементу.

Виробництво структур на основі монокристалічного кремнію, що задовольняють даним вимогам, процес технологічно складний і дорогий. Тому увага була звернена на такі матеріали, як сплави на основі аморфного кремнію (a-Si: H), арсенід галію і полікристалічні напівпровідники.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: