Giunsa pagtrabaho ang mga solar cell

Mga solar cell mosuhop sa kahayag sa adlaw aron makahimo sa mga gimbuhaton sa ordinaryo nga mga baterya. Apan dili sama sa tradisyonal nga mga baterya, ang output boltahe ug ang labing taas nga gahum sa output sa tradisyonal nga mga baterya gitakda, samtang ang output boltahe, kasamtangan, ug gahum sa mga solar cell adunay kalabutan sa mga kondisyon sa suga ug mga punto sa pag-operate sa load. Tungod niini, aron magamit ang mga solar cell aron makamugna og elektrisidad, kinahanglan nimo nga masabtan ang karon nga boltahe nga relasyon ug prinsipyo sa pagtrabaho sa mga solar cell.

Spectral nga kahayag sa adlaw:

Ang tinubdan sa enerhiya sa solar cells mao ang kahayag sa adlaw, mao nga ang intensity ug spectrum sa insidente nga kahayag sa adlaw nagtino sa kasamtangan ug boltahe nga output sa solar cell. Nahibal-an naton nga kung ang usa ka butang ibutang sa ilawom sa adlaw, kini makadawat sa kahayag sa adlaw sa duha ka paagi, ang usa direkta nga silaw sa adlaw, ug ang lain mao ang nagkatag nga silaw sa adlaw pagkahuman gisabwag sa ubang mga butang sa ibabaw. Ubos sa normal nga mga kahimtang, ang direktang insidente nga kahayag nag-asoy sa mga 80% sa kahayag nga nadawat sa usa ka solar cell. Busa, ang sunod natong panaghisgot magtutok usab sa direktang pagkaladlad sa adlaw.

Ang intensity ug spectrum sa kahayag sa adlaw mahimong ipahayag pinaagi sa spectrum irradiance, nga mao ang light power kada unit wavelength kada unit area (W/㎡um). Ang intensity sa kahayag sa adlaw (W/㎡) mao ang sumada sa tanang wavelength sa spectrum nga kahayag. Ang spectrum nga kahayag sa kahayag sa adlaw nalangkit sa gisukod nga posisyon ug ang anggulo sa adlaw nga may kalabotan sa nawong sa yuta. Kini tungod kay ang kahayag sa adlaw masuhop ug magkatag sa atmospera sa dili pa moabot sa nawong sa yuta. Ang duha ka mga hinungdan sa posisyon ug anggulo sa kasagaran girepresentahan sa gitawag nga air mass (AM). Alang sa kahayag sa adlaw, ang AMO nagtumong sa kahimtang sa kawanangan kung ang adlaw direkta nga nagdan-ag. Ang intensity sa kahayag niini gibana-bana nga 1353 W/㎡, nga halos katumbas sa tinubdan sa kahayag nga gihimo sa blackbody radiation nga adunay temperatura nga 5800K. Ang AMI nagtumong sa kahimtang sa nawong sa yuta, kung ang adlaw direkta nga nagdan-ag, ang intensity sa kahayag mga 925 W/m2. AMI.5 nagtumong sa kahimtang sa nawong sa yuta, sa diha nga ang adlaw mao ang insidente sa usa ka anggulo sa 45 degrees, ang kahayag intensity mao ang mahitungod sa 844 W/m2. Ang AM 1.5 kasagarang gigamit sa pagrepresentar sa kasagarang kahayag sa kahayag sa adlaw sa nawong sa yuta. Modelo sa sirkito sa solar cell:

Kung walay suga, ang solar cell molihok sama sa pn junction diode. Ang kasamtangan nga boltahe nga relasyon sa usa ka sulundon nga diode mahimong ipahayag ingon

Diin ako nagrepresentar sa kasamtangan, V nagrepresentar sa boltahe, Is mao ang saturation kasamtangan, ug VT=KBT/q0, diin ang KB nagrepresentar sa BoItzmann kanunay, q0 mao ang yunit electric charge, ug T mao ang temperatura. Sa temperatura sa lawak, VT=0.026v. Kinahanglan nga matikdan nga ang direksyon sa Pn diode nga kasamtangan gihubit nga modagayday gikan sa P-type ngadto sa n-type sa device, ug ang positibo ug negatibo nga mga bili sa boltahe gihubit ingon nga P-type nga terminal potensyal. minus ang n-type nga potensyal sa terminal. Busa, kung kini nga kahulugan gisunod, kung ang solar cell nagtrabaho, ang boltahe nga kantidad niini positibo, ang karon nga kantidad negatibo, ug ang IV curve naa sa ikaupat nga quadrant. Ang mga magbabasa kinahanglan nga pahinumduman dinhi nga ang gitawag nga sulundon nga diode gibase sa daghang mga pisikal nga kondisyon, ug ang aktwal nga mga diode natural nga adunay pipila nga dili maayo nga mga hinungdan nga makaapekto sa karon nga boltahe nga relasyon sa aparato, sama sa karon nga henerasyon-recombination, dinhi Kita midaog' dili kaayo hisgotan. Kung ang solar cell mahayag sa kahayag, adunay photocurrent sa pn diode. Tungod kay ang built-in nga electric field nga direksyon sa pn junction gikan sa n-type ngadto sa p-type, ang electron-hole pairs nga namugna sa pagsuyup sa mga photon modagan paingon sa n-type nga katapusan, samtang ang mga lungag modagan paingon sa p. -type nga katapusan. Ang photocurrent nga naporma sa duha modagayday gikan sa n-type ngadto sa p-type. Sa kinatibuk-an, ang direksyon sa unahan karon sa usa ka diode gihubit nga nagdagayday gikan sa p-type ngadto sa n-type. Niining paagiha, kon itandi sa usa ka sulundon nga diode, ang photocurrent nga namugna sa usa ka solar cell sa dihang nalamdagan usa ka negatibo nga sulog. Ang kasamtangan nga boltahe nga relasyon sa solar cell mao ang sulundon nga diode plus usa ka negatibo nga photocurrent IL, kansang gidak-on mao ang:

Sa laing pagkasulti, kung walay kahayag, IL=0, ang solar cell kay ordinaryo lang nga diode. Sa diha nga ang solar cell mao ang short-circuited, nga mao, V=0, ang short-circuit kasamtangan mao ang Isc=-IL. Buot ipasabot, kung ang solar cell short-circuited, ang short-circuit nga kasamtangan mao ang photocurrent nga namugna sa incident light. Kung ang solar cell bukas nga sirkito, kana mao, kung I=0, ang boltahe sa bukas nga circuit mao ang:

Figure 2. Katumbas nga sirkito sa solar cell: (a) walay, (b) uban sa serye ug shunt resistors. Kinahanglang hatagan og gibug-aton dinhi nga ang boltahe sa bukas nga sirkito ug mubo nga sirkito nga kasamtangan mao ang duha ka importante nga mga parameter sa mga kinaiya sa solar cell.

Ang power output sa usa ka solar cell mao ang produkto sa kasamtangan ug boltahe:

Dayag nga ang gahum nga output sa solar cell dili usa ka piho nga kantidad. Naabot niini ang kinatas-ang bili sa usa ka kasamtangang boltahe nga operating point, ug ang maximum output power Pmax mahimong matino pinaagi sa dp/dv=0. Mahimo natong mahibal-an nga ang output boltahe sa pinakataas nga output power Pmax mao ang:

ug ang output kasamtangan mao ang:

Ang pinakataas nga gahum sa output sa solar cell mao ang:

Ang kaepektibo sa usa ka solar cell nagtumong sa ratio sa solar cell nga nagbag-o sa gahum Pin sa insidente nga kahayag ngadto sa labing taas nga output sa kuryente, nga mao ang:

Kinatibuk-ang pagsukod sa kahusayan sa solar cell naggamit ug kahayag nga tinubdan susama sa kahayag sa adlaw nga adunay pin=1000W/㎡.

Sa eksperimento, ang kasamtangang-boltahe nga relasyon sa mga solar cell dili hingpit nga nagsunod sa ibabaw sa teoretikal nga paghulagway. Kini tungod kay ang photovoltaic device mismo adunay gitawag nga series resistance ug shunt resistance. Alang sa bisan unsang materyal nga semiconductor, o ang pagkontak tali sa usa ka semiconductor ug usa ka metal, dili kalikayan nga adunay mas dako o gamay nga pagsukol, nga magporma sa serye nga pagsukol sa photovoltaic device. Sa laing bahin, ang bisan unsang kasamtangang agianan gawas sa sulundon nga Pn diode tali sa positibo ug negatibo nga mga electrodes sa photovoltaic device maoy hinungdan sa gitawag nga leakage current, sama sa generation-recombination current sa device. , surface recombination current, dili kompleto nga edge isolation sa device, ug metal contact penetration junction.

Kasagaran, gigamit namon ang resistensya sa shunt aron mahibal-an ang leakage nga karon sa mga solar cell, nga mao, Rsh = V / Ileak. Kon mas dako ang resistensya sa shunt, mas gamay ang leakage current. Kung atong tagdon ang joint resistance Rs ug ang shunt resistance Rsh, ang kasamtangang boltahe nga relasyon sa solar cell mahimong isulat nga:

Magamit usab nato ang usa lang ka parametro, ang gitawag nga fill factor, aron i-summarize ang mga epekto sa series resistance ug shunt resistance. gihubit nga:

Dayag nga ang fill factor mao ang maximum kung walay series resistor ug ang shunt resistance walay kinutuban (walay leakage current). Ang bisan unsang pagtaas sa pagsukol sa serye o pagkunhod sa pagsukol sa shunt makapakunhod sa hinungdan sa pagpuno. Niining paagiha,. Ang kaepektibo sa mga solar cell mahimong ipahayag sa tulo ka hinungdanon nga mga parameter: bukas nga circuit boltahe Voc, mubo nga sirkito nga kasamtangan nga Isc, ug pagpuno sa hinungdan FF.

Dayag nga aron mapauswag ang kahusayan sa usa ka solar cell, kinahanglan nga dungan nga madugangan ang bukas nga boltahe sa sirkito, mubo nga sirkito nga kasamtangan (nga mao ang, photocurrent), ug hinungdan sa pagpuno (nga mao, makunhuran ang resistensya sa serye ug karon nga pagtulo).

Bukas nga circuit boltahe ug mubo nga sirkito kasamtangan: Paghukom gikan sa miaging pormula, ang bukas nga sirkito nga boltahe sa solar cell gitino sa photocurrent ug sa saturated cell. Gikan sa panglantaw sa semiconductor physics, ang bukas nga sirkito boltahe mao ang katumbas sa Fermi enerhiya kalainan tali sa mga electron ug mga buslot sa luna charge rehiyon. Sama sa alang sa saturation nga kasamtangan sa usa ka sulundon nga Pn diode, mahimo nimong gamiton:

sa pagpahayag. diin ang q0 nagrepresentar sa unit charge, ni nagrepresentar sa intrinsic carrier nga konsentrasyon sa semiconductor, ND ug NA ang matag usa nagrepresentar sa konsentrasyon sa donor ug ang acceptor, Dn ug Dp ang matag usa nagrepresentar sa diffusion coefficient sa mga electron ug mga lungag, ang ekspresyon sa ibabaw nag-ingon nga n - Ang kaso diin ang tipo nga rehiyon ug ang p-type nga rehiyon pareho nga lapad. Kasagaran, alang sa mga solar cell nga naggamit sa p-type nga mga substrate, ang n-type nga lugar mabaw kaayo, ug kinahanglan nga usbon ang ekspresyon sa ibabaw.

Among gihisgutan sa sayo pa nga sa diha nga ang usa ka solar cell nalamdagan, usa ka photocurrent ang namugna, ug ang photocurrent mao ang closed-circuit nga kasamtangan sa kasamtangan nga boltahe nga relasyon sa solar cell. Dinhi atong ihulagway sa daklit ang gigikanan sa photocurrent. Ang generation rate sa mga carrier sa unit volume kada unit time (unit m -3 s -1 ) gitino pinaagi sa light absorption coefficient, nga mao

Lakip niini, ang α nagrepresentar sa light absorption coefficient, nga mao ang intensity sa insidente nga mga photon (o photon flux density), ug ang R nagtumong sa reflection coefficient, mao nga kini nagrepresentar sa intensity sa insidente nga mga photon nga wala makita. Ang tulo ka nag-unang mekanismo nga makamugna photocurrent mao ang: ang pagsabwag sa kasamtangan sa minoriya carrier electron sa p-type nga rehiyon, ang pagsabwag sa kasamtangan sa minoriya carrier buslot sa n-type nga rehiyon, ug ang drift sa mga electron ug mga lungag sa luna charge rehiyon. kasamtangan. Busa, ang photocurrent mahimong gibanabana nga gipahayag ingon:

Lakip kanila, ang Ln ug Lp matag usa nagrepresentar sa diffusion nga gitas-on sa mga electron sa p-type nga rehiyon ug mga lungag sa n-type nga rehiyon, ug mao ang gilapdon sa space charge nga rehiyon. Ang pag-summarize niini nga mga resulta, nakakuha kami usa ka yano nga ekspresyon alang sa bukas nga boltahe sa sirkito:

diin ang Vrcc nagrepresentar sa recombination rate sa electron-hole pairs kada unit volume. Siyempre, kini mao ang usa ka natural nga resulta, tungod kay ang bukas nga sirkito boltahe mao ang katumbas sa Fermi enerhiya kalainan tali sa mga electron ug mga lungag sa luna charge rehiyon, ug ang Fermi enerhiya kalainan tali sa mga electron ug mga lungag determinado sa carrier nga kaliwatan rate ug recombination rate. .