የፀሐይ ሴሎች እንዴት እንደሚሠሩ

የፀሐይ ሕዋሳት የተለመዱ የባትሪዎችን ተግባራት ለማምረት የፀሐይ ብርሃንን ያዙ. ነገር ግን ከተለምዷዊ ባትሪዎች በተለየ የባህላዊ ባትሪዎች የውጤት ቮልቴጅ እና ከፍተኛ የውጤት ሃይል ቋሚ ናቸው, የፀሃይ ህዋሶች የቮልቴጅ, የአሁን እና ኃይል ከብርሃን ሁኔታዎች እና የመጫን የስራ ነጥቦች ጋር የተያያዙ ናቸው. በዚህ ምክንያት የፀሃይ ህዋሶችን ኤሌክትሪክ ለማመንጨት የወቅቱን የቮልቴጅ ግንኙነት እና የሶላር ሴሎችን የስራ መርህ መረዳት አለቦት።

የፀሐይ ብርሃን ልዩ ብርሃን;

የፀሐይ ህዋሶች የኃይል ምንጭ የፀሐይ ብርሃን ነው, ስለዚህ የድንገተኛ የፀሐይ ብርሃን ጥንካሬ እና ስፔክትረም የፀሐይ ሴል የአሁኑን እና የቮልቴጅ ውጤቱን ይወስናል. አንድ ነገር ከፀሐይ በታች ሲቀመጥ በሁለት መንገድ የፀሐይ ብርሃን እንደሚያገኝ እናውቃለን፣ አንደኛው ቀጥተኛ የፀሐይ ብርሃን ሲሆን ሁለተኛው ደግሞ በላዩ ላይ ባሉ ነገሮች ከተበተነ በኋላ የተበታተነ የፀሐይ ብርሃን ነው። በተለመደው ሁኔታ ውስጥ, ቀጥተኛ የድንገተኛ ብርሃን በፀሐይ ሴል ከሚቀበለው ብርሃን 80% ያህሉን ይይዛል. ስለዚህ የሚቀጥለው ውይይታችን በቀጥታ ለፀሀይ ብርሀን መጋለጥ ላይም ያተኩራል።

የፀሀይ ብርሀን ጥንካሬ እና ስፔክትረም በ spectrum irradiance ሊገለጽ ይችላል ይህም የብርሃን ሃይል በአንድ የሞገድ ርዝመት በአንድ ክፍል አካባቢ (W/㎡um) ነው። የፀሀይ ብርሀን (W/㎡) የሁሉም የሞገድ ርዝመት የጨረር ብርሃን ድምር ነው። የፀሐይ ብርሃን ስፔክትረም ማብራት ከተለካው ቦታ እና ከምድር ገጽ አንጻር የፀሐይ አንግል ጋር የተያያዘ ነው። ምክንያቱም የፀሐይ ብርሃን ወደ ምድር ከመድረሱ በፊት በከባቢ አየር ስለሚዋጥ እና ስለሚበታተን ነው። ሁለቱ የአቀማመጥ እና የማዕዘን ምክንያቶች በአጠቃላይ የአየር ብዛት (AM) በሚባሉት ይወከላሉ. ለፀሐይ ብርሃን ማብራት, AMO ፀሐይ በቀጥታ በምትበራበት ጊዜ በውጫዊው ጠፈር ውስጥ ያለውን ሁኔታ ያመለክታል. የብርሃን መጠኑ በግምት 1353 W/㎡ ሲሆን ይህም በ 5800K የሙቀት መጠን በጥቁር ቦዲ ጨረር ከሚፈጠረው የብርሃን ምንጭ ጋር እኩል ነው። ኤኤምአይ የሚያመለክተው በምድር ገጽ ላይ ያለውን ሁኔታ ነው, ፀሐይ በቀጥታ በምትበራበት ጊዜ, የብርሃን ጥንካሬ 925 W/m2 ነው. AMI.5 የሚያመለክተው በምድር ገጽ ላይ ያለውን ሁኔታ ነው, ፀሐይ በ 45 ዲግሪ ማዕዘን ላይ ስትከሰት, የብርሃን ጥንካሬ 844 W/m2 ነው. AM 1.5 በአጠቃላይ በምድር ገጽ ላይ ያለውን አማካይ የፀሐይ ብርሃንን ለመወከል ይጠቅማል። የፀሐይ ሴል ዑደት ሞዴል;

ብርሃን በማይኖርበት ጊዜ የፀሐይ ሴል እንደ pn መጋጠሚያ diode ይሠራል. የአንድ ሃሳባዊ ዳዮድ የአሁኑ-ቮልቴጅ ግንኙነት እንደ ሊገለጽ ይችላል።

የአሁኑን ወክዬ፣ V ቮልቴጅን፣ Is የሙሌት ጅረትን፣ እና VT=KBT/q0፣ KB የ BoItzmann ቋሚን የሚወክልበት፣ q0 የዩኒት ኤሌክትሪክ ክፍያ እና T የሙቀት መጠን ነው። በክፍል ሙቀት፣ VT=0.026v. የ Pn diode የአሁኑ አቅጣጫ በመሳሪያው ውስጥ ከፒ-አይነት ወደ n-አይነት እንዲፈስ መደረጉን እና የቮልቴጁ አወንታዊ እና አሉታዊ እሴቶች እንደ ፒ-አይነት ተርሚናል አቅም እንደሚገለጹ ልብ ሊባል ይገባል። n-አይነት ተርሚናል አቅም ሲቀነስ። ስለዚህ, ይህ ፍቺ ከተከተለ, የሶላር ሴል በሚሰራበት ጊዜ, የቮልቴጅ ዋጋው አዎንታዊ ነው, የአሁኑ ዋጋ አሉታዊ ነው, እና IV ጥምዝ በአራተኛው አራተኛ ውስጥ ነው. እዚህ ላይ አንባቢዎች መታወስ ያለባቸው ሃሳባዊ ዳዮድ ተብሎ የሚጠራው በብዙ አካላዊ ሁኔታዎች ላይ የተመሰረተ ነው፣ እና ትክክለኛው ዳዮዶች በተፈጥሯቸው በመሣሪያው የአሁኑ እና የቮልቴጅ ግንኙነት ላይ ተጽዕኖ የሚያደርጉ አንዳንድ ያልተለመዱ ምክንያቶች ይኖራቸዋል ፣ ለምሳሌ እንደ ትውልድ-ዳግም ውህደት የአሁኑ ፣ እዚህ እኛ እናሸንፋለን ። ብዙ ተወያይተናል። የፀሐይ ህዋሱ ለብርሃን ሲጋለጥ, በ pn diode ውስጥ የፎቶ ኮርነር (photocurrent) ይኖራል. አብሮ የተሰራው የኤሌትሪክ መስክ አቅጣጫ የ pn መስቀለኛ መንገድ ከ n-አይነት ወደ ፒ-አይነት ስለሆነ በፎቶኖች መምጠጥ ምክንያት የሚፈጠሩት የኤሌክትሮን-ቀዳዳ ጥንዶች ወደ n-አይነት ጫፍ ይጓዛሉ, ቀዳዳዎቹ ወደ ፒ ይሮጣሉ. - አይነት መጨረሻ. በሁለቱ የተፈጠረው የፎቶ ጅረት ከ n-type ወደ p-type ይፈስሳል። በአጠቃላይ የዲያዮድ ወደፊት የሚሄደው አቅጣጫ ከፒ-አይነት ወደ n-አይነት እንደሚፈስ ይገለጻል። በዚህ መንገድ፣ ከተገቢው ዳዮድ ጋር ሲወዳደር፣ ሲበራ በፀሃይ ሴል የሚፈጠረው የፎቶ ዥረት አሉታዊ ፍሰት ነው። የሶላር ሴል የአሁኑ-ቮልቴጅ ግንኙነት ሃሳባዊ diode እና አሉታዊ photocurrent IL ነው, የማን መጠን:

በሌላ አነጋገር ብርሃን በማይኖርበት ጊዜ IL=0 የፀሐይ ሴል ተራ ዳይኦድ ነው። የሶላር ሴል አጭር ዙር ሲሆን ማለትም V=0 የአጭር-ዙር ጅረት ኢሲ=-IL ነው። ይህም ማለት የፀሃይ ሴል አጭር ዙር ሲሆን የአጭር-የወረዳው ጅረት በአደጋ ብርሃን የተፈጠረ የፎቶ ቀረጻ ነው። የሶላር ሴል ክፍት ወረዳ ከሆነ፣ ማለትም I=0 ከሆነ፣ ክፍት የወረዳ ቮልቴጁ፡-

ምስል 2. የፀሐይ ሴል ተመጣጣኝ ዑደት: (a) ያለ, (ለ) በተከታታይ እና shunt resistors. እዚህ ላይ አጽንዖት ሊሰጥበት የሚገባው ክፍት የቮልቴጅ እና የአጭር ጊዜ ዑደት የፀሃይ ሴል ባህሪያት ሁለት አስፈላጊ መለኪያዎች ናቸው.

የሶላር ሴል የኃይል ውፅዓት የአሁኑ እና የቮልቴጅ ውጤት ነው፡-

በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው, በሶላር ሴል የሚመነጨው ኃይል ቋሚ እሴት አይደለም. በተወሰነ የአሁኑ-ቮልቴጅ ኦፕሬቲንግ ነጥብ ላይ ከፍተኛውን እሴት ይደርሳል, እና ከፍተኛው የውጤት ኃይል Pmax በ dp/dv=0 ሊወሰን ይችላል. በከፍተኛው የውጤት ኃይል Pmax ላይ ያለው የውጤት ቮልቴጅ የሚከተለው መሆኑን ልንወስን እንችላለን:

እና የውጤት ጅረቱ፡-

የሶላር ሴል ከፍተኛው የውጤት ኃይል፡-

የሶላር ሴል ቅልጥፍና የሚያመለክተው የፀሐይ ህዋሱ ሬሾን ነው የአደጋውን ብርሃን ፒን ወደ ከፍተኛው ውፅዓት ኤሌክትሪክ ሃይል ይቀይራል፡

የአጠቃላይ የፀሃይ ሴል ውጤታማነት መለኪያዎች ከፀሀይ ብርሀን ጋር ተመሳሳይ የሆነ የብርሃን ምንጭ በፒን=1000W/㎡ ይጠቀማሉ።

በሙከራ ደረጃ, የፀሐይ ሴሎች የአሁኑ-ቮልቴጅ ግንኙነት ከላይ ያለውን የንድፈ ሃሳብ መግለጫ ሙሉ በሙሉ አይከተልም. ይህ የሆነበት ምክንያት የፎቶቮልቲክ መሳሪያው ራሱ ተከታታይ የመቋቋም እና የሻንጥ መከላከያ ተብሎ የሚጠራው ስለሆነ ነው. ለማንኛውም ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁስ ወይም በሴሚኮንዳክተር እና በብረት መካከል ያለው ግንኙነት የፎቶቮልታይክ መሳሪያውን ተከታታይ የመቋቋም አቅም የሚፈጥር ትልቅ ወይም ያነሰ ተቃውሞ መኖሩ የማይቀር ነው። በሌላ በኩል, በፎቶቮልቲክ መሳሪያው አወንታዊ እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶች መካከል ካለው ተስማሚ Pn diode ውጭ ያለ ማንኛውም የአሁኑ መንገድ በመሳሪያው ውስጥ ያለውን የትውልድ-ዳግም ማዋሃድ ጅረት የመሰለ ፍሳሽ ዥረት ይባላል. , የገጽታ ድጋሚ ውህድ ጅረት፣ የመሳሪያው ያልተሟላ የጠርዝ ማግለል እና የብረት ንክኪ መጋጠሚያ።

ብዙውን ጊዜ፣ የፀሐይ ህዋሶችን የውሃ ፍሰትን ለመለየት የ shunt ተቃውሞን እንጠቀማለን፣ ማለትም፣ Rsh=V/Ileak። የ shunt የመቋቋም ትልቅ ነው, አነስተኛ መፍሰስ የአሁኑ ነው. የጋራ መቋቋም Rs እና የ shunt resistance Rsh ን ከተመለከትን ፣ የፀሐይ ሴል የአሁኑ-ቮልቴጅ ግንኙነት እንደሚከተለው ሊፃፍ ይችላል-

የተከታታይ ተከላካይ እና የሻንጥ መቋቋም ውጤቶችን ለማጠቃለልም አንድ መለኪያ ብቻ ልንጠቀም እንችላለን፣ የፊልም ፋክተር የሚባለው። ተብሎ ይገለጻል፡-

ምንም ተከታታይ resistor ከሌለ እና shunt የመቋቋም ገደብ የለሽ ከሆነ (ምንም መፍሰስ የአሁኑ) ከሆነ መሙያ ምክንያት ከፍተኛው እንደሆነ ግልጽ ነው. ማንኛውም ተከታታይ ተቃውሞ መጨመር ወይም የሽምቅ መከላከያ መቀነስ የመሙያውን ሁኔታ ይቀንሳል. በዚህ መንገድ,. የሶላር ሴሎች ቅልጥፍና በሦስት አስፈላጊ መለኪያዎች ሊገለጽ ይችላል-የተከፈተ የቮልቴጅ ቮክ, አጭር ዑደት የአሁኑ ኢሲ እና ሙሌት ኤፍኤፍ.

በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው, የፀሐይ ሴል ውጤታማነትን ለማሻሻል, ክፍት የቮልቴጅ ቮልቴጅን, የአጭር ዙር ጅረት (ማለትም, የፎቶ ኮርነር) እና የመሙያ ፋክተር (ማለትም, ተከታታይ የመቋቋም እና የፍሳሽ ፍሰትን ለመቀነስ) በአንድ ጊዜ መጨመር አስፈላጊ ነው.

ክፍት የወረዳ ቮልቴጅ እና አጭር የወረዳ የአሁኑ: ካለፈው ቀመር በመገምገም, የፀሐይ ሴል ክፍት የወረዳ ቮልቴጅ በ photocurrent እና saturated ሴል ይወሰናል. ከሴሚኮንዳክተር ፊዚክስ አንፃር ፣ ክፍት ዑደት ቮልቴጅ በኤሌክትሮኖች እና በቦታ ክፍያ ክልል ውስጥ ባሉ ቀዳዳዎች መካከል ካለው የ Fermi የኃይል ልዩነት ጋር እኩል ነው። የአንድ ሃሳባዊ Pn diode ሙሌት ፍሰትን በተመለከተ፣ የሚከተሉትን መጠቀም ይችላሉ፡-

ለመግለጽ. q0 የአሃድ ክፍያን የሚወክልበት፣ NI የሴሚኮንዳክተሩን ውስጣዊ ድምጸ ተያያዥ ሞደም ትኩረትን ይወክላል፣ ND እና NA እያንዳንዳቸው የጋሹን እና የተቀባዩን ትኩረት ይወክላሉ፣ ዲኤን እና ዲፒ እያንዳንዳቸው የኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች ስርጭትን ያመለክታሉ ፣ ከላይ ያለው አገላለጽ n ይገመታል ። - ሁለቱም ዓይነት ክልል እና p-አይነት ክልል ሁለቱም ሰፊ ናቸው የት ጉዳይ. በአጠቃላይ ለፀሀይ ህዋሶች p-type substrates ለሚጠቀሙ, n-type አካባቢ በጣም ጥልቀት የሌለው ነው, እና ከላይ ያለው አገላለጽ መስተካከል አለበት.

ቀደም ብለን የጠቀስነው የፀሃይ ሴል በሚበራበት ጊዜ የፎቶ ቀረጻ (photocurrent) ይፈጠራል, እና የፎቶው የአሁኑ የቮልቴጅ ግንኙነት በሶላር ሴል ውስጥ ያለው ዝግ-የወረዳ ፍሰት ነው. እዚህ ላይ የፎቶግራፍ አመጣጥን በአጭሩ እንገልፃለን. የማጓጓዣዎች የማመንጨት መጠን በንጥል መጠን በአንድ ጊዜ (ክፍል m -3 ሰ -1) የሚወሰነው በብርሃን መሳብ ቅንጅት ነው ፣ ማለትም

ከነሱ መካከል α የብርሃን መምጠጥ ቅንጅትን ይወክላል፣ እሱም የአደጋ ፎቶኖች (ወይም የፎቶን ፍሉክስ እፍጋት) መጠን ነው፣ እና R የሚያመለክተው ነጸብራቅ ቅንጅትን ነው፣ ስለዚህ ያልተንጸባረቀ የፎቶን መጠንን ይወክላል። ፎቶን የሚያመነጩት ሦስቱ ዋና ዘዴዎች፡- በፒ-አይነት ክልል ውስጥ የሚገኙት የአናሳ ተሸካሚ ኤሌክትሮኖች ስርጭት፣ በ n-አይነት ክልል ውስጥ ያሉ አናሳ ተሸካሚ ቀዳዳዎች ስርጭት፣ እና በቦታ ክፍያ ክልል ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች መንሳፈፍ ናቸው። ወቅታዊ. ስለዚህ፣ የፎቶው የአሁኑ ጊዜ እንደሚከተለው ሊገለጽ ይችላል፡-

ከነሱ መካከል, Ln እና Lp እያንዳንዳቸው የኤሌክትሮኖች ስርጭት ርዝመት በ p-type ክልል እና በ n-type ክልል ውስጥ ያሉ ቀዳዳዎችን ይወክላሉ, እና የቦታ ክፍያ ክልል ስፋት ነው. እነዚህን ውጤቶች በማጠቃለል ለክፍት ዑደት ቮልቴጅ ቀላል መግለጫ እናገኛለን:

ቪአርሲሲ የኤሌክትሮን-ቀዳዳ ጥንዶችን በአንድ ክፍል መጠን እንደገና የማዋሃድ ፍጥነትን የሚወክል ነው። እርግጥ ነው, ይህ ተፈጥሯዊ ውጤት ነው, ምክንያቱም ክፍት ዑደት ቮልቴጅ በኤሌክትሮኖች እና በቦታ ክፍያ ክልል ውስጥ ባሉ ጉድጓዶች መካከል ካለው የፌርሚ ኢነርጂ ልዩነት ጋር እኩል ነው, እና በኤሌክትሮኖች እና በቀዳዳዎች መካከል ያለው የፌርሚ ኢነርጂ ልዩነት የሚወሰነው በአገልግሎት አቅራቢው የማመንጨት ፍጥነት እና የመዋሃድ ፍጥነት ነው. .