Hoe sonselle werk

Sonkragselle absorbeer sonlig om die funksies van gewone batterye te produseer. Maar anders as tradisionele batterye, is die uitsetspanning en maksimum uitsetkrag van tradisionele batterye vas, terwyl die uitsetspanning, stroom en krag van sonselle verband hou met beligtingstoestande en lasbedryfspunte. As gevolg hiervan, om sonselle te gebruik om elektrisiteit op te wek, moet jy die stroom-spanning-verwantskap en werkingsbeginsel van sonselle verstaan.

Spektrale beligting van sonlig:

Die energiebron van sonselle is sonlig, so die intensiteit en spektrum van invallende sonlig bepaal die stroom- en spanningsuitset deur die sonsel. Ons weet dat wanneer 'n voorwerp onder die son geplaas word, dit sonlig op twee maniere ontvang, een is direkte sonlig, en die ander is diffuse sonlig nadat dit deur ander voorwerpe op die oppervlak verstrooi is. Onder normale omstandighede maak direkte invallende lig ongeveer 80% van die lig wat deur 'n sonsel ontvang word, uit. Daarom sal ons volgende bespreking ook fokus op direkte blootstelling aan sonlig.

Die intensiteit en spektrum van sonlig kan uitgedruk word deur spektrumbestraling, wat die ligkrag per eenheid golflengte per eenheid oppervlakte (W/㎡um) is. Die intensiteit van sonlig (W/㎡) is die som van alle golflengtes van spektrumbeligting. Die spektrumbeligting van sonlig hou verband met die gemete posisie en die hoek van die son relatief tot die aarde se oppervlak. Dit is omdat die sonlig deur die atmosfeer geabsorbeer en verstrooi sal word voordat dit die aarde se oppervlak bereik. Die twee faktore van posisie en hoek word oor die algemeen verteenwoordig deur die sogenaamde lugmassa (AM). Vir sonbeligting verwys AMO na die situasie in die buitenste ruimte wanneer die son direk skyn. Sy ligintensiteit is ongeveer 1353 W/㎡, wat ongeveer gelykstaande is aan die ligbron wat deur swartliggaambestraling met 'n temperatuur van 5800K geproduseer word. AMI verwys na die situasie op die aarde se oppervlak, wanneer die son direk skyn, is die ligintensiteit ongeveer 925 W/m2. AMI.5 verwys na die situasie op die aarde se oppervlak, wanneer die son teen 'n hoek van 45 grade inval, is die ligintensiteit ongeveer 844 W/m2. AM 1.5 word oor die algemeen gebruik om die gemiddelde verligting van sonlig op die aarde se oppervlak voor te stel. Sonkragbaanmodel:

Wanneer daar geen lig is nie, tree 'n sonsel op soos 'n pn-aansluitingsdiode. Die stroom-spanning verhouding van 'n ideale diode kan uitgedruk word as

Waar I die stroom voorstel, V die spanning voorstel, Is die versadigingsstroom en VT=KBT/q0, waar KB die BoItzmann-konstante verteenwoordig, q0 die eenheid elektriese lading is, en T die temperatuur is. By kamertemperatuur, VT=0.026v. Daar moet kennis geneem word dat die rigting van die Pn-diodestroom gedefinieer word om van P-tipe na n-tipe in die toestel te vloei, en die positiewe en negatiewe waardes van die spanning word gedefinieer as die P-tipe terminale potensiaal minus die n-tipe terminale potensiaal. Daarom, as hierdie definisie gevolg word, wanneer die sonsel werk, is sy spanningswaarde positief, sy huidige waarde negatief, en die IV-kromme is in die vierde kwadrant. Lesers moet hier daaraan herinner word dat die sogenaamde ideale diode op baie fisiese toestande gebaseer is, en werklike diodes sal natuurlik 'n paar nie-ideale faktore hê wat die stroom-spanningverhouding van die toestel beïnvloed, soos generasie-rekombinasiestroom, hier Ons sal' t bespreek dit baie. Wanneer die sonsel aan lig blootgestel word, sal daar fotostroom in die pn-diode wees. Omdat die ingeboude elektriese veldrigting van die pn-aansluiting van n-tipe na p-tipe is, sal die elektron-gatpare wat deur die absorpsie van fotone gegenereer word na die n-tipe einde loop, terwyl die gate na die p sal loop. -tipe einde. Die fotostroom wat deur die twee gevorm word, sal van n-tipe na p-tipe vloei. Oor die algemeen word die voorwaartse stroomrigting van 'n diode gedefinieer as vloei van p-tipe na n-tipe. Op hierdie manier, in vergelyking met 'n ideale diode, is die fotostroom wat deur 'n sonsel gegenereer word wanneer dit verlig word, 'n negatiewe stroom. Die stroom-spanning verhouding van die sonsel is die ideale diode plus 'n negatiewe fotostroom IL, waarvan die grootte is:

Met ander woorde, wanneer daar geen lig is nie, IL=0, is die sonsel net 'n gewone diode. Wanneer die sonsel kortgesluit is, dit wil sê V=0, is die kortsluitstroom Isc=-IL. Dit wil sê, wanneer die sonsel kortgesluit word, is die kortsluitstroom die fotostroom wat deur invallende lig gegenereer word. As die sonsel 'n oopbaan is, dit wil sê as I=0, is sy oopkringspanning:

Figuur 2. Ekwivalente stroombaan van sonsel: (a) sonder, (b) met serie- en shuntweerstande. Dit moet hier beklemtoon word dat oopkringspanning en kortsluitingstroom twee belangrike parameters van sonselkenmerke is.

Die kraglewering van 'n sonsel is die produk van stroom en spanning:

Uiteraard is die kraglewering deur die sonsel nie 'n vaste waarde nie. Dit bereik die maksimum waarde by 'n sekere stroomspanning bedryfspunt, en die maksimum uitsetkrag Pmax kan bepaal word deur dp/dv=0. Ons kan aflei dat die uitsetspanning by die maksimum uitsetkrag Pmax is:

en die uitsetstroom is:

Die maksimum uitsetkrag van die sonsel is:

Die doeltreffendheid van 'n sonsel verwys na die verhouding van die sonsel wat die kragpen van die invallende lig omskakel na die maksimum uitset elektriese krag, dit is:

Algemene sonseldoeltreffendheidmetings gebruik 'n ligbron soortgelyk aan sonlig met pen=1000W/㎡.

Eksperimenteel volg die stroom-spanning-verwantskap van sonselle nie heeltemal bogenoemde teoretiese beskrywing nie. Dit is omdat die fotovoltaïese toestel self sogenaamde serieweerstand en shuntweerstand het. Vir enige halfgeleiermateriaal, of die kontak tussen 'n halfgeleier en 'n metaal, sal daar noodwendig 'n groter of mindere weerstand wees, wat die serieweerstand van die fotovoltaïese toestel sal vorm. Aan die ander kant sal enige stroompad anders as die ideale Pn-diode tussen die positiewe en negatiewe elektrodes van die fotovoltaïese toestel die sogenaamde lekstroom veroorsaak, soos die generasie-rekombinasiestroom in die toestel. , oppervlak rekombinasie stroom, onvolledige rand isolasie van die toestel, en metaal kontak penetrasie aansluiting.

Gewoonlik gebruik ons ​​shuntweerstand om die lekstroom van sonselle te definieer, dit wil sê Rsh=V/Ileak. Hoe groter die shuntweerstand is, hoe kleiner is die lekstroom. As ons die gesamentlike weerstand Rs en die shuntweerstand Rsh in ag neem, kan die stroom-spanning verhouding van die sonsel geskryf word as:

Ons kan ook net een parameter, die sogenaamde vulfaktor, gebruik om beide die effekte van reeksweerstand en shuntweerstand op te som. gedefinieer as:

Dit is duidelik dat die vulfaktor maksimum is as daar geen serieweerstand is nie en die shuntweerstand oneindig is (geen lekstroom). Enige toename in serieweerstand of afname in shuntweerstand sal die vulfaktor verminder. Op hierdie manier,. Die doeltreffendheid van sonselle kan deur drie belangrike parameters uitgedruk word: oopkringspanning Voc, kortsluitstroom Isc en vulfaktor FF.

Natuurlik, om die doeltreffendheid van 'n sonsel te verbeter, is dit nodig om gelyktydig sy oopkringspanning, kortsluitstroom (dit wil sê fotostroom) en vulfaktor (dit wil sê serieweerstand en lekstroom te verminder) te verhoog.

Oopbaanspanning en kortsluitingstroom: Te oordeel aan die vorige formule, word die oopkringspanning van die sonsel deur die fotostroom en die versadigde sel bepaal. Vanuit die perspektief van halfgeleierfisika is die oopbaanspanning gelyk aan die Fermi-energieverskil tussen elektrone en gate in die ruimteladinggebied. Wat die versadigingsstroom van 'n ideale Pn-diode betref, kan jy gebruik:

uit te druk. waar q0 die eenheidslading verteenwoordig, ni die intrinsieke draerkonsentrasie van die halfgeleier verteenwoordig, ND en NA elk die konsentrasie van die skenker en die aanvaarder verteenwoordig, Dn en Dp elk die diffusiekoëffisiënt van elektrone en gate verteenwoordig, die bogenoemde uitdrukking is die veronderstelling n - Die geval waar beide die tipe streek en die p-tipe streek beide wyd is. Oor die algemeen, vir sonselle wat p-tipe substrate gebruik, is die n-tipe area baie vlak, en die bogenoemde uitdrukking moet gewysig word.

Ons het vroeër genoem dat wanneer 'n sonsel verlig word, 'n fotostroom opgewek word, en die fotostroom is die geslote kringstroom in die stroom-spanning verhouding van die sonsel. Hier sal ons kortliks die oorsprong van die fotostroom beskryf. Die opwekkingstempo van draers in eenheidsvolume per eenheid tyd (eenheid m -3 s -1 ) word bepaal deur die ligabsorpsiekoëffisiënt, d.w.s.

Onder hulle verteenwoordig α die ligabsorpsiekoëffisiënt, wat die intensiteit van invallende fotone (of fotonvloeddigtheid) is, en R verwys na die refleksiekoëffisiënt, dus verteenwoordig dit die intensiteit van invallende fotone wat nie gereflekteer word nie. Die drie hoofmeganismes wat fotostroom genereer is: die diffusiestroom van minderheidsdraerelektrone in die p-tipe streek, die diffusiestroom van minderheidsdraergate in die n-tipe streek, en die drywing van elektrone en gate in die ruimteladinggebied. huidige. Daarom kan die fotostroom ongeveer uitgedruk word as:

Onder hulle verteenwoordig Ln en Lp elk die diffusielengte van elektrone in die p-tipe gebied en gate in die n-tipe gebied, en is die breedte van die ruimteladinggebied. Om hierdie resultate op te som, kry ons 'n eenvoudige uitdrukking vir die oopbaanspanning:

waar Vrcc die rekombinasietempo van elektron-gat pare per eenheid volume verteenwoordig. Natuurlik is dit 'n natuurlike resultaat, want die oopbaanspanning is gelyk aan die Fermi-energieverskil tussen elektrone en gate in die ruimteladinggebied, en die Fermi-energieverskil tussen elektrone en gate word bepaal deur die draeropwekkingstempo en rekombinasietempo .