কিভাবে সৌর কোষ কাজ করে

সৌর কোষ সাধারণ ব্যাটারির কার্যাবলী উত্পাদন করতে সূর্যালোক শোষণ করে। কিন্তু প্রথাগত ব্যাটারির বিপরীতে, প্রথাগত ব্যাটারির আউটপুট ভোল্টেজ এবং সর্বোচ্চ আউটপুট পাওয়ার স্থির থাকে, যখন আউটপুট ভোল্টেজ, কারেন্ট এবং সৌর কোষের শক্তি আলোর অবস্থা এবং লোড অপারেটিং পয়েন্টের সাথে সম্পর্কিত। এই কারণে, বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে সৌর কোষ ব্যবহার করতে, আপনাকে অবশ্যই কারেন্ট-ভোল্টেজ সম্পর্ক এবং সৌর কোষের কাজের নীতি বুঝতে হবে।

সূর্যালোকের বর্ণালী আলোকসজ্জা:

সৌর কোষের শক্তির উত্স হল সূর্যালোক, তাই ঘটনা সূর্যালোকের তীব্রতা এবং বর্ণালী সৌর কোষ দ্বারা বর্তমান এবং ভোল্টেজ আউটপুট নির্ধারণ করে। আমরা জানি যে যখন একটি বস্তুকে সূর্যের নীচে রাখা হয়, তখন এটি দুটি উপায়ে সূর্যালোক গ্রহণ করে, একটি হল সরাসরি সূর্যালোক এবং অন্যটি ভূপৃষ্ঠের অন্যান্য বস্তু দ্বারা বিক্ষিপ্ত হওয়ার পরে বিচ্ছুরিত সূর্যালোক। সাধারণ পরিস্থিতিতে, সরাসরি ঘটনা আলো একটি সৌর কোষ দ্বারা প্রাপ্ত আলোর প্রায় 80% জন্য দায়ী। অতএব, আমাদের নিম্নলিখিত আলোচনা সূর্যালোক সরাসরি এক্সপোজার উপর ফোকাস করা হবে.

সূর্যালোকের তীব্রতা এবং বর্ণালী বর্ণালী বিকিরণ দ্বারা প্রকাশ করা যেতে পারে, যা প্রতি ইউনিট এলাকা প্রতি ইউনিট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলোর শক্তি (W/㎡um)। সূর্যালোকের তীব্রতা (W/㎡) হল বর্ণালী আলোকসজ্জার সমস্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমষ্টি। সূর্যালোকের বর্ণালী আলোকসজ্জা পৃথিবীর পৃষ্ঠের সাপেক্ষে পরিমাপিত অবস্থান এবং সূর্যের কোণের সাথে সম্পর্কিত। এর কারণ হল সূর্যের আলো পৃথিবীর পৃষ্ঠে পৌঁছানোর আগে বায়ুমণ্ডল দ্বারা শোষিত এবং বিক্ষিপ্ত হবে। অবস্থান এবং কোণের দুটি কারণ সাধারণত তথাকথিত বায়ু ভর (AM) দ্বারা উপস্থাপিত হয়। সৌর আলোকসজ্জার জন্য, AMO বাইরের মহাকাশের পরিস্থিতি বোঝায় যখন সূর্য সরাসরি জ্বলছে। এর আলোর তীব্রতা প্রায় 1353 W/㎡, যা 5800K তাপমাত্রা সহ ব্ল্যাকবডি বিকিরণ দ্বারা উত্পাদিত আলোর উত্সের প্রায় সমতুল্য। AMI পৃথিবীর পৃষ্ঠের পরিস্থিতি বোঝায়, যখন সূর্য সরাসরি জ্বলছে, আলোর তীব্রতা প্রায় 925 W/m2 হয়। AMI.5 বলতে পৃথিবীর পৃষ্ঠের পরিস্থিতি বোঝায়, যখন সূর্য 45 ডিগ্রি কোণে ঘটে, তখন আলোর তীব্রতা প্রায় 844 W/m2 হয়। AM 1.5 সাধারণত পৃথিবীর পৃষ্ঠে সূর্যালোকের গড় আলোকসজ্জা উপস্থাপন করতে ব্যবহৃত হয়। সোলার সেল সার্কিট মডেল:

যখন কোন আলো থাকে না, তখন একটি সৌর কোষ একটি পিএন জংশন ডায়োডের মতো আচরণ করে। একটি আদর্শ ডায়োডের বর্তমান-ভোল্টেজ সম্পর্ককে প্রকাশ করা যেতে পারে

যেখানে আমি কারেন্টকে প্রতিনিধিত্ব করি, V হল ভোল্টেজ, ইস হল স্যাচুরেশন কারেন্ট, এবং VT=KBT/q0, যেখানে KB হল BoItzmann ধ্রুবক, q0 হল একক বৈদ্যুতিক চার্জ, এবং T হল তাপমাত্রা। ঘরের তাপমাত্রায়, VT=0.026v। এটি লক্ষ করা উচিত যে পিএন ডায়োড কারেন্টের দিকটি ডিভাইসে পি-টাইপ থেকে এন-টাইপে প্রবাহিত হওয়ার জন্য সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে এবং ভোল্টেজের ধনাত্মক এবং নেতিবাচক মানগুলিকে পি-টাইপ টার্মিনাল সম্ভাব্য হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে। n-টাইপ টার্মিনাল সম্ভাব্য বিয়োগ। অতএব, যদি এই সংজ্ঞাটি অনুসরণ করা হয়, যখন সৌর কোষ কাজ করছে, তখন এর ভোল্টেজের মান ধনাত্মক, এর বর্তমান মান ঋণাত্মক এবং IV বক্ররেখা চতুর্থ চতুর্ভুজে থাকে। পাঠকদের এখানে অবশ্যই মনে করিয়ে দেওয়া উচিত যে তথাকথিত আদর্শ ডায়োড অনেক শারীরিক অবস্থার উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়, এবং প্রকৃত ডায়োডগুলিতে স্বাভাবিকভাবেই কিছু অ-আদর্শ উপাদান থাকবে যা ডিভাইসের বর্তমান-ভোল্টেজ সম্পর্ককে প্রভাবিত করবে, যেমন প্রজন্ম-পুনঃসংযোগ কারেন্ট, আমরা এখানে করব' এটা বেশি আলোচনা না। যখন সৌর কোষ আলোর সংস্পর্শে আসে, তখন pn ডায়োডে ফটোকারেন্ট থাকবে। যেহেতু pn জংশনের অন্তর্নির্মিত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিকটি n-টাইপ থেকে পি-টাইপ পর্যন্ত, ফোটনের শোষণের ফলে উত্পন্ন ইলেকট্রন-গর্ত জোড়া এন-টাইপ প্রান্তের দিকে ছুটবে, যখন গর্তগুলি p-এর দিকে ধাবিত হবে। - টাইপ শেষ। দুটি দ্বারা গঠিত ফটোকারেন্ট এন-টাইপ থেকে পি-টাইপে প্রবাহিত হবে। সাধারণত, একটি ডায়োডের অগ্রবর্তী বর্তমান দিককে p-টাইপ থেকে n-টাইপে প্রবাহিত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এইভাবে, একটি আদর্শ ডায়োডের সাথে তুলনা করলে, আলোকিত হলে একটি সৌর কোষ দ্বারা উত্পন্ন ফটোকারেন্ট একটি ঋণাত্মক প্রবাহ। সৌর কোষের বর্তমান-ভোল্টেজ সম্পর্ক হল আদর্শ ডায়োড প্লাস একটি নেতিবাচক ফটোকারেন্ট IL, যার মাত্রা হল:

অন্য কথায়, যখন কোন আলো নেই, IL=0, তখন সৌর কোষ হল একটি সাধারণ ডায়োড। যখন সৌর কোষ শর্ট-সার্কিট হয়, অর্থাৎ V=0, তখন শর্ট-সার্কিট কারেন্ট হয় Isc=-IL। অর্থাৎ, যখন সৌর কোষ শর্ট-সার্কিট হয়, তখন শর্ট-সার্কিট কারেন্ট হল আপতিত আলো দ্বারা উত্পন্ন ফটোকারেন্ট। যদি সৌর কোষটি ওপেন সার্কিট হয়, অর্থাৎ I=0 হলে, এর ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ হয়:

চিত্র 2. সৌর কোষের সমতুল্য সার্কিট: (ক) ছাড়া, (খ) সিরিজ এবং শান্ট প্রতিরোধক সহ। এখানে জোর দেওয়া আবশ্যক যে ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ এবং শর্ট সার্কিট কারেন্ট হল সৌর কোষের বৈশিষ্ট্যের দুটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার।

একটি সৌর কোষের পাওয়ার আউটপুট হল বর্তমান এবং ভোল্টেজের গুণফল:

স্পষ্টতই, সৌর কোষ দ্বারা পাওয়ার আউটপুট একটি নির্দিষ্ট মান নয়। এটি একটি নির্দিষ্ট কারেন্ট-ভোল্টেজ অপারেটিং পয়েন্টে সর্বোচ্চ মান পর্যন্ত পৌঁছায় এবং সর্বোচ্চ আউটপুট পাওয়ার Pmax dp/dv=0 দ্বারা নির্ধারণ করা যেতে পারে। আমরা অনুমান করতে পারি যে সর্বোচ্চ আউটপুট পাওয়ার Pmax এ আউটপুট ভোল্টেজ হল:

এবং আউটপুট বর্তমান হল:

সৌর কোষের সর্বোচ্চ আউটপুট শক্তি হল:

একটি সৌর কোষের কার্যকারিতা ঘটনা আলোর পাওয়ার পিনকে সর্বাধিক আউটপুট বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে সৌর কোষের অনুপাতকে বোঝায়, যা হল:

সাধারণ সৌর কোষ দক্ষতা পরিমাপ সূর্যালোকের অনুরূপ একটি আলোর উত্স ব্যবহার করে যার সাথে পিন=1000W/㎡।

পরীক্ষামূলকভাবে, সৌর কোষের বর্তমান-ভোল্টেজ সম্পর্ক উপরের তাত্ত্বিক বর্ণনাকে পুরোপুরি অনুসরণ করে না। কারণ ফটোভোলটাইক ডিভাইসে তথাকথিত সিরিজ রেজিস্ট্যান্স এবং শান্ট রেজিস্ট্যান্স রয়েছে। যেকোন সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের জন্য বা সেমিকন্ডাক্টর এবং একটি ধাতুর মধ্যে যোগাযোগের জন্য, অনিবার্যভাবে একটি বৃহত্তর বা কম প্রতিরোধ থাকবে, যা ফটোভোলটাইক ডিভাইসের সিরিজ প্রতিরোধ গঠন করবে। অন্যদিকে, ফটোভোলটাইক যন্ত্রের ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোডের মধ্যে আদর্শ Pn ডায়োড ব্যতীত অন্য কোনো বর্তমান পথ তথাকথিত লিকেজ কারেন্ট, যেমন ডিভাইসে জেনারেশন-রিকম্বিনেশন কারেন্ট সৃষ্টি করবে। , পৃষ্ঠ পুনর্মিলন বর্তমান, ডিভাইসের অসম্পূর্ণ প্রান্ত বিচ্ছিন্নতা, এবং ধাতু যোগাযোগ অনুপ্রবেশ জংশন.

সাধারণত, আমরা সৌর কোষের লিকেজ কারেন্ট নির্ধারণ করতে শান্ট রেজিস্ট্যান্স ব্যবহার করি, অর্থাৎ Rsh=V/Ileak। শান্ট রোধ যত বড়, ফুটো কারেন্ট তত কম। আমরা যদি জয়েন্ট রেজিস্ট্যান্স Rs এবং শান্ট রেজিস্ট্যান্স Rsh বিবেচনা করি, তাহলে সোলার সেলের কারেন্ট-ভোল্টেজ সম্পর্ককে এভাবে লেখা যেতে পারে:

সিরিজ রেজিস্ট্যান্স এবং শান্ট রেজিস্ট্যান্স উভয়ের প্রভাবকে সংক্ষিপ্ত করতে আমরা শুধুমাত্র একটি প্যারামিটার, তথাকথিত ফিল ফ্যাক্টর ব্যবহার করতে পারি। সংজ্ঞায়িত:

এটা স্পষ্ট যে ফিল ফ্যাক্টর সর্বাধিক হয় যদি কোন সিরিজ প্রতিরোধক না থাকে এবং শান্ট প্রতিরোধ অসীম হয় (কোনও ফুটো কারেন্ট নেই)। সিরিজ প্রতিরোধের কোনো বৃদ্ধি বা শান্ট প্রতিরোধের হ্রাস ফিল ফ্যাক্টর হ্রাস করবে। এইভাবে,. সৌর কোষের কার্যক্ষমতা তিনটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার দ্বারা প্রকাশ করা যেতে পারে: ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ Voc, শর্ট সার্কিট কারেন্ট Isc এবং ফিল ফ্যাক্টর FF।

স্পষ্টতই, একটি সৌর কোষের কার্যকারিতা উন্নত করার জন্য, একই সাথে এর ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ, শর্ট সার্কিট কারেন্ট (অর্থাৎ, ফটোক্যুরেন্ট) এবং ফিল ফ্যাক্টর (অর্থাৎ, সিরিজ প্রতিরোধ এবং লিকেজ কারেন্ট হ্রাস) বৃদ্ধি করা প্রয়োজন।

ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ এবং শর্ট সার্কিট কারেন্ট: পূর্ববর্তী সূত্র থেকে বিচার করলে, সৌর কোষের ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ ফোটোকারেন্ট এবং স্যাচুরেটেড সেল দ্বারা নির্ধারিত হয়। অর্ধপরিবাহী পদার্থবিজ্ঞানের দৃষ্টিকোণ থেকে, ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ স্পেস চার্জ অঞ্চলে ইলেকট্রন এবং গর্তের মধ্যে ফার্মি শক্তির পার্থক্যের সমান। একটি আদর্শ Pn ডায়োডের স্যাচুরেশন কারেন্টের জন্য, আপনি ব্যবহার করতে পারেন:

প্রকাশ করতে. যেখানে q0 একক চার্জের প্রতিনিধিত্ব করে, ni অর্ধপরিবাহীর অন্তর্নিহিত বাহক ঘনত্বকে প্রতিনিধিত্ব করে, ND এবং NA প্রতিটি দাতা এবং গ্রহণকারীর ঘনত্বকে প্রতিনিধিত্ব করে, Dn এবং Dp প্রত্যেকটি ইলেকট্রন এবং ছিদ্রের প্রসারণ সহগকে প্রতিনিধিত্ব করে, উপরের অভিব্যক্তিটি অনুমান করছে n - যে ক্ষেত্রে টাইপ অঞ্চল এবং পি-টাইপ অঞ্চল উভয়ই প্রশস্ত। সাধারণত, p-টাইপ সাবস্ট্রেট ব্যবহার করে সৌর কোষের জন্য, n-টাইপ এলাকাটি খুব অগভীর, এবং উপরের অভিব্যক্তিটি পরিবর্তন করা প্রয়োজন।

আমরা আগে উল্লেখ করেছি যে যখন একটি সৌর কোষ আলোকিত হয়, তখন একটি ফটোকারেন্ট তৈরি হয় এবং সৌর কোষের বর্তমান-ভোল্টেজ সম্পর্কের মধ্যে ফটোকারেন্ট হল ক্লোজ-সার্কিট কারেন্ট। এখানে আমরা সংক্ষিপ্তভাবে ফটোকারেন্টের উৎপত্তি বর্ণনা করব। প্রতি ইউনিট সময় ইউনিট আয়তনে বাহকগুলির প্রজন্মের হার (একক m -3 s -1 ) আলো শোষণ সহগ দ্বারা নির্ধারিত হয়, অর্থাৎ

তাদের মধ্যে, α আলোক শোষণ সহগকে প্রতিনিধিত্ব করে, যা ঘটনা ফোটনের তীব্রতা (বা ফোটন ফ্লাক্স ঘনত্ব) এবং R প্রতিফলন সহগকে বোঝায়, তাই এটি প্রতিফলিত নয় এমন ঘটনা ফোটনের তীব্রতাকে প্রতিনিধিত্ব করে। তিনটি প্রধান প্রক্রিয়া যা ফটোকারেন্ট তৈরি করে: পি-টাইপ অঞ্চলে সংখ্যালঘু বাহক ইলেকট্রনের প্রসারণ কারেন্ট, এন-টাইপ অঞ্চলে সংখ্যালঘু বাহক ছিদ্রগুলির প্রসারণ কারেন্ট এবং স্পেস চার্জ অঞ্চলে ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলির প্রবাহ। বর্তমান অতএব, ফটোকারেন্টকে প্রায় এভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

তাদের মধ্যে, Ln এবং Lp প্রতিটি p-টাইপ অঞ্চলে ইলেকট্রনের প্রসারণ দৈর্ঘ্য এবং n-টাইপ অঞ্চলে ছিদ্র উপস্থাপন করে এবং স্পেস চার্জ অঞ্চলের প্রস্থ। এই ফলাফলগুলিকে সংক্ষিপ্ত করে, আমরা ওপেন সার্কিট ভোল্টেজের জন্য একটি সহজ অভিব্যক্তি পাই:

যেখানে Vrcc প্রতি ইউনিট আয়তনে ইলেক্ট্রন-হোল জোড়ার পুনর্মিলন হারকে প্রতিনিধিত্ব করে। অবশ্যই, এটি একটি প্রাকৃতিক ফলাফল, কারণ ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ স্পেস চার্জ অঞ্চলে ইলেকট্রন এবং গর্তের মধ্যে ফার্মি শক্তির পার্থক্যের সমান এবং ইলেকট্রন এবং গর্তের মধ্যে ফার্মি শক্তির পার্থক্য ক্যারিয়ার জেনারেশন রেট এবং পুনর্মিলন হার দ্বারা নির্ধারিত হয়। .