Mar a tha ceallan grèine ag obair

Solar ceallan Gabh a-steach solas na grèine gus gnìomhan bataraidhean àbhaisteach a thoirt gu buil. Ach aocoltach ri bataraidhean traidiseanta, tha an bholtadh toraidh agus an cumhachd toraidh as àirde de bhataraidhean traidiseanta stèidhichte, fhad ‘s a tha bholtadh toraidh, sruth agus cumhachd cheallan grèine co-cheangailte ri suidheachadh solais agus puingean obrachaidh luchdan. Air sgàth seo, gus ceallan grèine a chleachdadh gus dealan a ghineadh, feumaidh tu an dàimh bholtachd gnàthach agus prionnsapal obrach cheallan grèine a thuigsinn.

Soillseachadh speactram de sholas na grèine:

Is e solas na grèine stòr lùth cheallan grèine, agus mar sin bidh dian agus speactram solas na grèine a’ dearbhadh toradh sruth is bholtachd le cealla na grèine. Tha fios againn nuair a thèid nì a chuir fon ghrèin, gum faigh e solas na grèine ann an dà dhòigh, tha aon dhiubh na sholas dìreach, agus am fear eile mar sholas grèine sgaoilte às deidh a bhith air a sgapadh le nithean eile air an uachdar. Ann an suidheachaidhean àbhaisteach, tha solas tachartais dìreach a’ dèanamh suas mu 80% den t-solas a gheibh cealla grèine. Mar sin, bidh an deasbad a leanas againn cuideachd a’ cuimseachadh air a bhith fosgailte do sholas na grèine.

Faodar dian agus speactram solas na grèine a chuir an cèill le irradiance speactram, is e sin an cumhachd solais gach tonn-tonn aonad gach raon aonad (W / ㎡um). Is e dian solas na grèine (W / ㎡) suim gach tonn-tonn de shoillseachadh speactram. Tha soillseachadh speactram solas na grèine co-cheangailte ri suidheachadh tomhaiste agus ceàrn na grèine an coimeas ri uachdar na talmhainn. Tha seo air sgàth 's gum bi solas na grèine air a ghabhail a-steach agus air a sgapadh leis an àile mus ruig e uachdar na talmhainn. Tha an dà fhactar suidheachadh agus ceàrn air an riochdachadh sa chumantas leis an tomad adhair ris an canar (AM). Airson soillseachadh grèine, tha AMO a’ toirt iomradh air an t-suidheachadh san fhànais a-muigh nuair a tha a’ ghrian a’ deàrrsadh gu dìreach. Tha an dian solais aige timcheall air 1353 W / ㎡, a tha timcheall air co-ionann ris an stòr solais air a thoirt a-mach le rèididheachd corp dubh le teòthachd de 5800K. Tha AMI a’ toirt iomradh air an t-suidheachadh air uachdar na talmhainn, nuair a tha a’ ghrian a’ deàrrsadh gu dìreach, tha an dian solais timcheall air 925 W / m2. Tha AMI.5 a’ toirt iomradh air an t-suidheachadh air uachdar na talmhainn, nuair a tha a’ ghrian a’ tachairt aig ceàrn 45 ceum, tha an dian solais timcheall air 844 W/m2. Tha AM 1.5 air a chleachdadh sa chumantas gus soillseachadh cuibheasach de sholas na grèine air uachdar na talmhainn a riochdachadh. Modail cuairteachaidh cealla grèine:

Nuair nach eil solas ann, bidh cealla grèine gad ghiùlan fhèin mar diode snaim pn. Faodar an dàimh sruth-bholtaid aig diode air leth a chuir an cèill mar

Far a bheil mi a’ riochdachadh an t-sruth, tha V a’ riochdachadh an bholtaids, Is e an sruth sùghaidh, agus VT = KBT/q0, far a bheil KB a’ riochdachadh seasmhach BoItzmann, is e q0 an t-aonad cosgais dealain, agus is e T an teòthachd. Aig teòthachd an t-seòmair, VT = 0.026v. Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil stiùireadh an t-sruth Pn diode air a mhìneachadh gus sruthadh bho P-type gu n-type san inneal, agus tha luachan adhartach is àicheil an bholtachd air am mìneachadh mar an comas crìochnachaidh seòrsa P. às aonais an comas crìochnachaidh n-type. Mar sin, ma thèid am mìneachadh seo a leantainn, nuair a tha an cealla grèine ag obair, tha a luach bholtachd dearbhach, tha a luach làithreach àicheil, agus tha an lùb IV anns a 'cheathramh ceathramh. Feumar cur an cuimhne luchd-leughaidh an seo gu bheil an diode freagarrach ris an canar stèidhichte air mòran shuidheachaidhean fiosaigeach, agus gu nàdarra bidh cuid de fheartan neo-iongantach aig diodes fìor a bheir buaidh air dàimh bholtachd gnàthach an inneil, leithid sruth ath-mhìneachaidh ginealach, an seo nì sinn ' t a' bruidhinn air mòran. Nuair a bhios an cealla grèine fosgailte do sholas, bidh photocurrent anns an pn diode. Leis gu bheil an raon dealain a tha air a thogail a-steach don t-snaim pn bho sheòrsa n gu seòrsa-p, ruithidh na paidhrichean toll-dealain a thig bho bhith a’ gabhail a-steach photons a dh’ ionnsaigh ceann an t-seòrsa n, fhad ‘s a ruitheas na tuill a dh’ ionnsaigh an t-seòrsa p. -seòrsa crìoch. Bidh an photocurrent a chruthaich an dithis a’ sruthadh bho sheòrsa n gu seòrsa-p. San fharsaingeachd, tha an t-slighe air adhart aig diode air a mhìneachadh mar a bhith a’ sruthadh bho sheòrsa-p gu seòrsa n. San dòigh seo, an taca ri diode air leth freagarrach, is e sruth àicheil a th’ anns an photocurrent a ghineadh cealla grèine nuair a tha e air a shoilleireachadh. Is e an dàimh bholtachd gnàthach na cealla grèine an diode air leth math a bharrachd air IL photocurrent àicheil, aig a bheil meud:

Ann am faclan eile, nuair nach eil solas ann, IL = 0, chan eil anns a’ chill grèine ach diode àbhaisteach. Nuair a tha an cealla grèine air a chuairteachadh goirid, is e sin, V = 0, is e an sruth cuairt ghoirid Isc = -IL. Is e sin ri ràdh, nuair a tha an cealla grèine air a chuairteachadh goirid, is e an sruth cuairt-ghoirid an photocurrent a tha air a chruthachadh le solas tachartais. Ma tha an cealla grèine na chuairt fhosgailte, is e sin, ma tha I = 0, is e an bholtadh cuairte fosgailte aige:

Figear 2. Cuairt co-ionann de chealla grèine: (a) às aonais, (b) le resistors sreath agus shunt. Feumar cuideam a chuir air an seo gu bheil bholtachd cuairteachaidh fosgailte agus sruth cuairt ghoirid nan dà pharaimear cudromach de fheartan cealla grèine.

Tha toradh cumhachd cealla grèine mar thoradh air sruth is bholtadh:

Gu follaiseach, chan e luach stèidhichte a th’ ann an toradh cumhachd cealla na grèine. Bidh e a’ ruighinn an luach as àirde aig puing obrachaidh bholtachd gnàthach sònraichte, agus faodar an cumhachd toraidh as àirde Pmax a dhearbhadh le dp / dv = 0. Faodaidh sinn co-dhùnadh gur e an bholtadh toraidh aig a’ chumhachd toraidh as àirde Pmax:

agus is e an sruth toraidh:

Is e an cumhachd toraidh as àirde aig cealla grèine:

Tha èifeachdas cealla grèine a’ toirt iomradh air a’ cho-mheas a th’ aig cealla grèine a’ tionndadh prìne cumhachd an t-solais tachartais gu cumhachd dealain toraidh as àirde, is e sin:

Bidh tomhasan èifeachdas cealla grèine coitcheann a’ cleachdadh stòr solais coltach ri solas na grèine le prìne = 1000W / ㎡.

Gu deuchainneach, chan eil an dàimh bholtachd gnàthach de cheallan grèine gu tur a’ leantainn an tuairisgeul teòiridheach gu h-àrd. Tha seo air sgàth gu bheil an t-sreath an-aghaidh agus an aghaidh shunt ris an canar an inneal photovoltaic fhèin. Airson stuth semiconductor sam bith, no an ceangal eadar semiconductor agus meatailt, tha e do-sheachanta gum bi barrachd no nas lugha an aghaidh, a chruthaicheas an aghaidh sreath an inneal photovoltaic. Air an làimh eile, bidh slighe sruth sam bith a bharrachd air an diode Pn air leth freagarrach eadar electrodes adhartach is àicheil an inneal photovoltaic ag adhbhrachadh an t-sruth aoidionachd ris an canar, leithid an t-sruth ath-thionndaidh ginealach san inneal. , sruth ath-thionndaidh uachdar, iomallachd iomall neo-choileanta an inneil, agus snaim dol-a-steach conaltraidh meatailt.

Mar as trice, bidh sinn a’ cleachdadh strì shunt gus sruth aoidionachd cheallan grèine a mhìneachadh, is e sin, Rsh = V/Ileak. Mar as motha a tha an aghaidh shunt, is ann as lugha a bhios an sruth aoidionachd. Ma bheachdaicheas sinn air a’ cho-fhrithealadh Rs agus an aghaidh shunt Rsh, faodar an dàimh bholtaids-dràsta na cealla grèine a sgrìobhadh mar:

Chan urrainn dhuinn cuideachd ach aon paramadair a chleachdadh, am bàillidh lìonaidh ris an canar, gus geàrr-chunntas a dhèanamh air an dà chuid buaidh strì sreath agus strì an aghaidh shunt. air a mhìneachadh mar:

Tha e follaiseach gu bheil am bàillidh lìonaidh aig a’ char as àirde mura h-eil resistor sreath ann agus gu bheil an aghaidh shunt gun chrìoch (gun sruth aoidionach). Lùghdaichidh àrdachadh sam bith ann an strì an t-sreath no lùghdachadh ann an strì shunt am bàillidh lìonaidh. San dòigh seo,. Faodar èifeachdas ceallan grèine a chuir an cèill le trì paramadairean cudromach: bholtadh cuairte fosgailte Voc, sruth cuairt ghoirid Isc, agus bàillidh lìonaidh FF.

Gu follaiseach, gus èifeachdas cealla grèine a leasachadh, feumar aig an aon àm àrdachadh a dhèanamh air a bholtadh cuairteachaidh fosgailte, sruth cuairt ghoirid (is e sin, photocurrent), agus factar lìonaidh (is e sin, lughdachadh strì an t-sreath agus sruth aoidionach).

Bholtaids cuairteachaidh fosgailte agus sruth cuairt ghoirid: A ’breithneachadh bhon fhoirmle a bh’ ann roimhe, tha bholtadh cuairteachaidh fosgailte na cealla grèine air a dhearbhadh leis an photocurrent agus an cealla shàthaichte. Bho shealladh fiosaig semiconductor, tha an bholtadh cuairte fosgailte co-ionann ris an eadar-dhealachadh lùth Fermi eadar dealanan agus tuill anns an roinn cosgais fànais. A thaobh an t-sruth sùghaidh de Pn diode air leth freagarrach, faodaidh tu:

a chur an cèill. far a bheil q0 a’ riochdachadh cosgais an aonaid, tha ni a’ riochdachadh dùmhlachd giùlain gnèitheach an semiconductor, tha ND agus NA gach fear a’ riochdachadh dùmhlachd an tabhartaiche agus an neach-gabhail, tha Dn agus Dp gach fear a’ riochdachadh co-èifeachd sgaoilidh dealanan is tuill, tha an abairt gu h-àrd a’ gabhail ris n - A’ chùis far a bheil an dà chuid an roinn seòrsa agus an roinn seòrsa-p le chèile farsaing. San fharsaingeachd, airson ceallan grèine a’ cleachdadh substrates seòrsa p, tha an raon seòrsa n gu math eu-domhainn, agus feumar an abairt gu h-àrd atharrachadh.

Thug sinn iomradh na bu thràithe nuair a tha cealla grèine air a shoilleireachadh, thèid photocurrent a chruthachadh, agus is e an photocurrent an sruth cuairteachaidh dùinte ann an dàimh sruth-bholtaid na cealla grèine. An seo bheir sinn cunntas goirid air tùs an photocurrent. Tha an ìre gineadh de luchd-giùlan ann an tomhas-lìonaidh aonad gach aonad ùine (aonad m -3 s -1 ) air a dhearbhadh leis a’ cho-èifeachd sùghaidh solais, is e sin

Nam measg, tha α a’ riochdachadh co-èifeachd sùghaidh solais, is e sin dian photons tachartais (no dùmhlachd flux photon), agus tha R a’ toirt iomradh air a’ cho-èifeachd meòrachaidh, agus mar sin tha e a’ riochdachadh cho dian sa tha photons tachartais nach eil air an nochdadh. Is iad na trì prìomh dhòighean a tha a’ gineadh photocurrent: sruth sgaoilidh dealanan luchd-giùlan beag-chuid ann an roinn seòrsa-p, sruth sgaoilidh tuill luchd-giùlain beag-chuid ann an roinn seòrsa n, agus gluasad dealanan is tuill anns an roinn cosgais fànais. gnàthach. Mar sin, faodar an photocurrent a chuir an cèill gu ìre mar:

Nam measg, tha Ln agus Lp gach fear a’ riochdachadh fad sgaoilidh dealanan anns an roinn seòrsa-p agus tuill anns an roinn seòrsa n, agus is e leud na roinne cosgais fànais. A’ toirt geàrr-chunntas air na co-dhùnaidhean sin, gheibh sinn abairt shìmplidh airson bholtaids a’ chuairt fhosgailte:

far a bheil Vrcc a’ riochdachadh ìre ath-mheasgachaidh paidhrichean toll-dealain gach aonad toirt. Gu dearbh, is e toradh nàdarra a tha seo, leis gu bheil an bholtachd cuairteachaidh fosgailte co-ionann ris an eadar-dhealachadh lùth Fermi eadar dealanan agus tuill anns an roinn cosgais fànais, agus tha an eadar-dhealachadh lùth Fermi eadar dealanan agus tuill air a dhearbhadh leis an ìre gineadh giùlain agus ìre ath-chuairteachaidh .