Фотоэлектрический преобразователь

 

Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии. При характерной для ФЭП равновесной температуре порядка 300-350 Кельвинов и Тсолнца ~ 6000 К их предельный теоретический КПД > 90 %. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 40 %, * а его увеличение до 50 % представляется вполне реальным.

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны - энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП, среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,

прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,

рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,

рекомбинацией образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме ФЭП,

внутренним сопротивлением преобразователя,

и некоторыми другими физическими процессами.

Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешно применяется различные мероприятия. К их числу относятся:

использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;

направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;

переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;

оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);

применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;

разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;

создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающих структур, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП и т.д.

2.8 Магнитоэлектрический преобразователь (преобразователь Холла)

 

Рисунок 2.7 - Преобразователь Холла

 

измерение преобразователь первичный масса

Когда проводник с протекающим по нему током помещается в магнитное поле так, что направление тока оказывается перпендикулярным магнитным силовым линиям, то образуется поперечное электрическое поле, пропорциональное произведению плотности магнитного потока и силе электрического тока. Этот эффект возникает в проводниках, однако наиболее существенен он в полупроводниках, где известен под названием эффекта Холла.

 

Рисунок 2.7а - полупроводниковая пластина

 

На рисунке 2.7а показана полупроводниковая пластина, к которой приложено магнитное поле с индукцией В, перпендикулярное протекающему через нее току I, и возникающее при этом электрическое поле с напряженностью Е. Отношение между магнитной индукцией, током и напряженностью определяется следующим образом:

= - RH (IB),

 

где RH = 1/ne - коэффициент Холла; п - число зарядов,

протекающих через единицу объема и образующих электрический ток в проводнике или полупроводнике; е - заряд носителя зарядов.

Эффект Холла используется во многих типах преобразователей, предназначенных для измерения магнитного поля, а также в бесконтактных переключающих приборах.

Заключение

 

Мы рассмотрели основные виды преобразователей для неэлектрической величины - массы.

На мой взгляд, самым перспективным методом преобразования измерений является фотоэлектрический метод и фотоэлектрический преобразователь. Потому что в наше время остро поставлен вопрос о том, как открыть новые источники энергии.

⇐ Предыдущая123

Поделиться: