Ki jan selil solè yo travay

Selil solè absòbe limyè solèy la pou pwodwi fonksyon pil òdinè yo. Men, kontrèman ak pil tradisyonèl yo, vòltaj pwodiksyon ak pouvwa pwodiksyon maksimòm pil tradisyonèl yo fiks, pandan y ap vòltaj pwodiksyon, aktyèl, ak pouvwa selil solè yo ki gen rapò ak kondisyon ekleraj ak pwen opere chaj. Poutèt sa, pou itilize selil solè pou jenere elektrisite, ou dwe konprann relasyon aktyèl-vòltaj la ak prensip k ap travay nan selil solè yo.

Ekleraj espektal limyè solèy la:

Sous enèji selil solè yo se limyè solèy la, kidonk entansite ak spectre limyè solèy ensidan an detèmine pwodiksyon aktyèl ak vòltaj selil solè a. Nou konnen ke lè yo mete yon objè anba solèy la, li resevwa limyè solèy la nan de fason, youn se limyè solèy la dirèk, ak lòt la se limyè solèy la difize apre yo fin gaye pa lòt objè sou sifas la. Anba sikonstans nòmal, limyè ensidan dirèk reprezante apeprè 80% nan limyè a resevwa pa yon selil solè. Se poutèt sa, diskisyon sa yo pral konsantre tou sou ekspoze dirèk nan limyè solèy la.

Entansite ak spectre limyè solèy la ka eksprime pa irradiance spectre, ki se pouvwa limyè pou chak inite longèdonn pou chak inite zòn (W/㎡um). Entansite limyè solèy la (W/㎡) se sòm tout longèdonn ekleraj spectre. Ekleraj spectre limyè solèy la gen rapò ak pozisyon mezire ak ang solèy la parapò ak sifas tè a. Sa a se paske limyè solèy la pral absòbe ak gaye nan atmosfè a anvan yo rive nan sifas tè a. De faktè pozisyon ak ang yo jeneralman reprezante pa sa yo rele mas lè a (AM). Pou ekleraj solè, AMO refere a sitiyasyon an nan espas eksteryè lè solèy la dirèkteman klere. Entansite limyè li se apeprè 1353 W/㎡, ki se apeprè ekivalan a sous limyè ki pwodui nan radyasyon blackbody ak yon tanperati 5800K. AMI refere a sitiyasyon an sou sifas tè a, lè solèy la ap klere dirèkteman, entansite limyè a se sou 925 W/m2. AMI.5 refere a sitiyasyon an sou sifas tè a, lè solèy la ensidan nan yon ang 45 degre, entansite limyè a se sou 844 W/m2. AM 1.5 jeneralman yo itilize pou reprezante limyè mwayèn limyè solèy la sou sifas tè a. Modèl sikwi selil solè:

Lè pa gen limyè, yon selil solè konpòte li tankou yon dyod junction pn. Relasyon aktyèl-vòltaj nan yon dyod ideyal ka eksprime kòm

Kote I reprezante aktyèl la, V reprezante vòltaj la, Is se aktyèl saturation, ak VT=KBT/q0, kote KB reprezante konstan BoItzmann, q0 se chaj elektrik inite a, ak T se tanperati a. Nan tanperati chanm, VT = 0.026v. Li ta dwe remake ke direksyon aktyèl la dyòd Pn defini pou koule soti nan P-tip rive nan n-tip nan aparèy la, ak valè pozitif ak negatif vòltaj la defini kòm potansyèl tèminal P-kalite. mwens potansyèl tèminal n-kalite a. Se poutèt sa, si yo swiv definisyon sa a, lè selil solè a ap travay, valè vòltaj li pozitif, valè aktyèl li negatif, ak koub IV la nan katriyèm kadran an. Lektè yo dwe sonje isit la ke sa yo rele ideyal dyod la baze sou anpil kondisyon fizik, ak dyod aktyèl pral natirèlman gen kèk faktè nonideal ki afekte relasyon aktyèl-vòltaj aparèy la, tankou jenerasyon-rekonbinasyon aktyèl, isit la Nou pral ' pa diskite sou li anpil. Lè selil solè a ekspoze a limyè, pral gen fotokouran nan dyod pn la. Paske bati-an direksyon jaden elektrik nan junction pn a soti nan n-tip a p-tip, pè yo elèktron-twou ki te pwodwi pa absòpsyon nan foton yo pral kouri nan direksyon fen nan n-kalite, pandan y ap twou yo pral kouri nan direksyon p la. -type fen. Fotokouran ki fòme pa de a ap koule soti nan n-tip nan p-tip. Anjeneral, direksyon aktyèl la nan yon dyod defini kòm ap koule tankou dlo soti nan p-tip nan n-tip. Nan fason sa a, konpare ak yon dyod ideyal, fotokouran ki te pwodwi pa yon selil solè lè eklere se yon aktyèl negatif. Relasyon aktyèl-vòltaj selil solè a se dyod ideyal la plis yon fotokouran negatif IL, ki gen grandè se:

Nan lòt mo, lè pa gen okenn limyè, IL = 0, selil solè a se jis yon dyod òdinè. Lè selil solè a kout-sikwi, se sa ki, V = 0, aktyèl la kout-sikwi se Isc = -IL. Sa vle di, lè selil solè a kout-sikwi, aktyèl la kout-sikwi se fotokouran ki te pwodwi pa limyè ensidan an. Si selil solè a se sikwi louvri, sa vle di, si I = 0, vòltaj sikwi louvri li se:

Figi 2. Kous ekivalan selil solè: (a) san, (b) ak seri ak rezistans shunt. Li dwe mete aksan sou isit la ke vòltaj sikwi louvri ak aktyèl sikwi kout se de paramèt enpòtan nan karakteristik selil solè.

Pwodiksyon pouvwa yon selil solè se pwodwi aktyèl ak vòltaj:

Li evidan, pwodiksyon pouvwa a pa selil solè a se pa yon valè fiks. Li rive nan valè maksimòm nan yon sèten pwen opere aktyèl-vòltaj, ak pouvwa pwodiksyon maksimòm Pmax la ka detèmine pa dp / dv = 0. Nou ka dedwi ke vòltaj pwodiksyon an nan pouvwa pwodiksyon maksimòm Pmax la se:

ak aktyèl pwodiksyon an se:

Pisans pwodiksyon maksimòm selil solè a se:

Efikasite yon selil solè refere a rapò selil solè a konvèti pouvwa Pin limyè ensidan an nan pwodiksyon maksimòm pouvwa elektrik, se sa ki:

Mezi jeneral efikasite selil solè yo itilize yon sous limyè ki sanble ak limyè solèy la ak PIN = 1000W/㎡.

Eksperimantal, relasyon aktyèl-vòltaj selil solè yo pa konplètman swiv deskripsyon teyorik ki anwo a. Sa a se paske aparèy fotovoltaik nan tèt li gen sa yo rele rezistans seri ak rezistans shunt. Pou nenpòt ki materyèl semi-conducteurs, oswa kontak ki genyen ant yon semi-conducteurs ak yon metal, pral inevitableman gen yon rezistans pi gwo oswa pi piti, ki pral fòme rezistans nan seri nan aparèy la fotovoltaik. Nan lòt men an, nenpòt chemen aktyèl ki pa dyòd Pn ideyal ant elektwòd yo pozitif ak negatif nan aparèy fotovoltaik la pral lakòz sa yo rele aktyèl la flit, tankou aktyèl la jenerasyon-rekonbinasyon nan aparèy la. , sifas rekonbinasyon aktyèl, izolasyon kwen enkonplè nan aparèy la, ak metal kontak pénétration junction.

Anjeneral, nou itilize rezistans shunt pou defini aktyèl la flit nan selil solè, se sa ki, Rsh = V / Ilak. Pi gwo rezistans shunt la, se pi piti aktyèl la flit. Si nou konsidere rezistans jwenti Rs ak rezistans shunt Rsh, relasyon aktyèl-vòltaj selil solè a ka ekri tankou:

Nou kapab tou itilize yon sèl paramèt, sa yo rele faktè ranpli, pou rezime tou de efè rezistans seri ak rezistans shunt. defini kòm:

Li evidan ke faktè a ranpli se maksimòm si pa gen okenn rezistans seri ak rezistans nan shunt se enfini (pa gen okenn aktyèl flit). Nenpòt ogmantasyon nan rezistans seri oswa diminisyon nan rezistans shunt ap diminye faktè a ranpli. Nan fason sa,. Efikasite selil solè yo ka eksprime pa twa paramèt enpòtan: vòltaj sikwi louvri Voc, kout sikwi aktyèl Isc, ak ranpli faktè FF.

Li evidan, amelyore efikasite nan yon selil solè, li nesesè ansanm ogmante vòltaj sikwi louvri li yo, kout sikwi aktyèl (ki se, fotokouran), ak ranpli faktè (ki se, diminye rezistans seri ak aktyèl flit).

Vòltaj sikwi louvri ak kouran sikwi kout: Jije nan fòmil anvan an, vòltaj sikwi louvri selil solè a detèmine pa fotokouran an ak selil satire la. Soti nan pèspektiv nan fizik semi-conducteurs, vòltaj sikwi louvri a egal a diferans enèji Fermi ant elektwon ak twou nan rejyon chaj espas. Kòm pou aktyèl saturation yon dyod Pn ideyal, ou ka itilize:

pou eksprime. kote q0 reprezante chaj inite a, ni reprezante konsantrasyon transpòtè intrinsèque semi-conducteur a, ND ak NA chak reprezante konsantrasyon donatè a ak akseptè a, Dn ak Dp chak reprezante koyefisyan difizyon elektwon ak twou, ekspresyon ki pi wo a sipoze n. - Ka a kote tou de rejyon an tip ak rejyon an p-tip yo tou de lajè. Anjeneral, pou selil solè lè l sèvi avèk substrats p-type, zòn nan n-kalite trè fon, ak ekspresyon ki anwo a bezwen modifye.

Nou mansyone pi bonè ke lè yon selil solè eklere, se yon fotokouran pwodwi, ak fotokouran an se aktyèl sikwi fèmen nan relasyon aktyèl-vòltaj selil solè a. Isit la nou pral yon ti tan dekri orijin fotokouran an. Pousantaj jenerasyon transpòtè nan volim inite pou chak inite tan (inite m -3 s -1) detèmine pa koyefisyan absòpsyon limyè a, sa vle di.

Pami yo, α reprezante koyefisyan absòpsyon limyè a, ki se entansite foton ensidan (oswa dansite flux foton), ak R refere a koyefisyan refleksyon, kidonk li reprezante entansite foton ensidan ki pa reflete. Twa mekanis prensipal yo ki jenere fotokouran yo se: aktyèl difizyon elektwon pòtè minorite yo nan rejyon p-tip, aktyèl difizyon twou pòtè minorite nan rejyon n-kalite, ak flote elektwon ak twou nan rejyon chaj espas. aktyèl. Se poutèt sa, fotokouran an ka apeprè eksprime kòm:

Pami yo, Ln ak Lp chak reprezante longè difizyon elektwon nan rejyon p-tip ak twou nan rejyon n-tip, epi li se lajè rejyon chaj espas. Rezime rezilta sa yo, nou jwenn yon ekspresyon senp pou vòltaj sikwi louvri:

kote Vrcc reprezante pousantaj rekonbinasyon pè elèktron-twou pou chak volim inite. Natirèlman, sa a se yon rezilta natirèl, paske vòltaj sikwi louvri a egal a diferans enèji Fermi ant elektwon ak twou nan rejyon chaj espas, ak diferans enèji Fermi ant elektwon ak twou detèmine pa pousantaj jenerasyon konpayi asirans lan ak to rekonbinasyon. .