قۇياش ھۈجەيرىلىرى قانداق ئىشلەيدۇ

قۇياش ھۈجەيرىسى قۇياش نۇرىنى سۈمۈرۈپ ، ئادەتتىكى باتارېيەنىڭ ئىقتىدارىنى ھاسىل قىلىدۇ. ئەمما ئەنئەنىۋى باتارېيەگە ئوخشىمايدىغىنى ، ئەنئەنىۋى باتارېيەنىڭ چىقىرىش بېسىمى ۋە ئەڭ چوڭ چىقىرىش قۇۋۋىتى مۇقىم ، قۇياش ئېنېرگىيىسى باتارېيەسىنىڭ توك بېسىمى ، توك ۋە توك يورۇتۇش شارائىتى ۋە مەشغۇلات نۇقتىلىرى بىلەن مۇناسىۋەتلىك. مۇشۇ سەۋەبتىن ، قۇياش ئېنېرگىيىسى باتارېيەسىدىن پايدىلىنىپ توك ھاسىل قىلىش ئۈچۈن ، چوقۇم قۇياش ئېنېرگىيىسىنىڭ نۆۋەتتىكى توك بېسىمى مۇناسىۋىتى ۋە خىزمەت پرىنسىپىنى چۈشىنىشىڭىز كېرەك.

قۇياش نۇرىنىڭ سپېكتىرلىق يورۇتۇلۇشى:

قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ ئېنېرگىيە مەنبەسى قۇياش نۇرى ، شۇڭا ھادىسە قۇياش نۇرىنىڭ كۈچلۈكلۈكى ۋە سپېكترى قۇياش ئېنېرگىيىسىنىڭ توك ۋە توك بېسىمىنى بەلگىلەيدۇ. بىزگە مەلۇمكى ، جىسىم قۇياشنىڭ ئاستىغا قويۇلغاندا ، ئۇ ئىككى خىل ئۇسۇلدا قۇياش نۇرىنى قوبۇل قىلىدۇ ، بىرى بىۋاسىتە قۇياش نۇرى ، يەنە بىرى يەر يۈزىدىكى باشقا جىسىملار تەرىپىدىن چېچىلىپ كەتكەندىن كېيىن تارقالغان قۇياش نۇرى. نورمال ئەھۋال ئاستىدا ، بىۋاسىتە ھادىسە نۇرى قۇياش نۇرى قوبۇل قىلغان نۇرنىڭ% 80 نى ئىگىلەيدۇ. شۇڭلاشقا ، كېيىنكى مۇلاھىزىمىزدە يەنە قۇياش نۇرىنىڭ بىۋاسىتە تەسىرىگە مەركەزلەشتى.

قۇياش نۇرىنىڭ كۈچلۈكلۈك دەرىجىسى ۋە سپېكترى سپېكترا نۇرسىزلىقى ئارقىلىق ئىپادىلىنىدۇ ، بۇ ھەر بىر رايوننىڭ دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدىكى بىرلىك (W / ㎡um). قۇياش نۇرىنىڭ كۈچلۈكلۈكى (W / ㎡) سپېكترى يورۇتۇشنىڭ بارلىق دولقۇن ئۇزۇنلۇقىنىڭ يىغىندىسى. قۇياش نۇرىنىڭ سپېكترى يورۇتۇلۇشى ئۆلچەش ئورنى ۋە قۇياشنىڭ يەر يۈزىگە سېلىشتۇرغاندا بۇلۇڭى بىلەن مۇناسىۋەتلىك. چۈنكى ، قۇياش نۇرى يەر يۈزىگە يېتىشتىن بۇرۇن ئاتموسفېرا تەرىپىدىن سۈمۈرۈلۈپ چېچىلىدۇ. ئورۇن ۋە بۇلۇڭدىن ئىبارەت ئىككى ئامىل ئادەتتە ئاتالمىش ​​ھاۋا ماسسىسى (AM) بىلەن ئىپادىلىنىدۇ. قۇياش نۇرىنى يورۇتۇش ئۈچۈن ، AMO قۇياش نۇرى بىۋاسىتە يورۇغاندا تاشقى بوشلۇقتىكى ئەھۋالنى كۆرسىتىدۇ. ئۇنىڭ يورۇقلۇق دەرىجىسى تەخمىنەن 1353 W / is بولۇپ ، تەخمىنەن 5800K لىق تېمپېراتۇرا بىلەن قارا تەنلىك رادىئاتسىيە ھاسىل قىلغان نۇر مەنبەسىگە باراۋەر. AMI يەر يۈزىدىكى ئەھۋالنى كۆرسىتىدۇ ، قۇياش بىۋاسىتە يورۇغاندا ، يورۇقلۇق دەرىجىسى تەخمىنەن 925 W / m2. AMI.5 يەر يۈزىدىكى ئەھۋالنى كۆرسىتىدۇ ، قۇياش 45 گرادۇسلۇق بۇلۇڭدا يۈز بەرگەندە ، يورۇقلۇق دەرىجىسى تەخمىنەن 844 W / m2. AM 1.5 ئادەتتە قۇياش نۇرىنىڭ يەر يۈزىدىكى ئوتتۇرىچە يورۇتۇلۇشىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ. قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ توك يولى مودېلى:

يورۇقلۇق بولمىسا ، قۇياش ھۈجەيرىسى pn ئۇلىنىش دىئودىغا ئوخشاش ھەرىكەت قىلىدۇ. كۆڭۈلدىكىدەك دىئودنىڭ نۆۋەتتىكى توك بېسىمى مۇناسىۋىتىنى ئىپادىلەشكە بولىدۇ

مەن توكقا ۋەكىللىك قىلىدىغان يەردە ، V توك بېسىمىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ ، Is تويۇنۇش ئېقىمى ، VT = KBT / q0 ، بۇ يەردە KB BoItzmann تۇراقلىقلىقىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ ، q0 بولسا توك توك ، T بولسا تېمپېراتۇرا. ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا ، VT = 0.026v. كۆرسىتىپ ئۆتۈشكە تېگىشلىكى شۇكى ، Pn دىئود ئېقىمىنىڭ يۆنىلىشى ئۈسكۈنىدە P تىپتىن n تىپقا ئېقىشقا ئېنىقلىما بېرىلگەن ، ئېلېكتر بېسىمىنىڭ مۇسبەت ۋە مەنپىي قىممىتى P تىپلىق تېرمىنال يوشۇرۇن كۈچى دەپ ئېنىقلىما بېرىلگەن. n تىپىدىكى تېرمىنال يوشۇرۇن كۈچىنى تۆۋەنلىتىڭ. شۇڭلاشقا ، ئەگەر بۇ ئېنىقلىما ئىجرا قىلىنسا ، قۇياش ھۈجەيرىسى ئىشلەۋاتقاندا ، ئۇنىڭ توك بېسىمى مۇسبەت بولىدۇ ، ھازىرقى قىممىتى مەنپىي بولىدۇ ، IV ئەگرى سىزىق تۆتىنچى كۋادراتتا بولىدۇ. ئوقۇرمەنلەر بۇ يەردە شۇنى ئەسكەرتىشى كېرەككى ، ئاتالمىش ​​كۆڭۈلدىكىدەك دىئود نۇرغۇن فىزىكىلىق شارائىتنى ئاساس قىلغان بولۇپ ، ئەمەلىي دىئودلارنىڭ تەبىئىي ھالدا ئۈسكۈنىنىڭ توك بېسىمى مۇناسىۋىتىگە تەسىر كۆرسىتىدىغان بىر قىسىم قوشۇمچە ئامىللار بولىدۇ ، مەسىلەن ئەۋلاد قايتا ھاسىل قىلىش ئېقىمى ، بىز بۇ يەردە بىز يەڭدۇق ». t مۇلاھىزە. قۇياش ھۈجەيرىسى يورۇقلۇققا ئۇچرىغاندا ، pn دىئودىدا فوتوسۈرەت بولىدۇ. Pn ئۇلىنىشىنىڭ ئىچىگە ئورۇنلاشتۇرۇلغان ئېلېكتر مەيدانى يۆنىلىشى n تىپتىن p تىپقا ئايلانغانلىقتىن ، فوتونلارنىڭ سۈمۈرۈلۈشىدىن ھاسىل بولغان ئېلېكترون تۆشۈك جۈپلىرى n تىپلىق ئۇچىغا قاراپ ماڭىدۇ ، تۆشۈكلەر p تەرەپكە قاراپ ماڭىدۇ. -type end. ئىككەيلەن ھاسىل قىلغان فوتوسۈرەت n تىپتىن p تىپقا ئۆتىدۇ. ئادەتتە ، دىئودنىڭ ئالدى يۆنىلىش يۆنىلىشى p تىپىدىن n تىپىغا قاراپ ئاقىدۇ. بۇنداق بولغاندا ، كۆڭۈلدىكىدەك دىئودقا سېلىشتۇرغاندا ، قۇياش ئېنېرگىيىسى يورۇتۇلغاندا ھاسىل بولغان نۇر نۇر مەنپىي توك. قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ نۆۋەتتىكى توك بېسىمى مۇناسىۋىتى كۆڭۈلدىكىدەك دىئود ۋە مەنپىي فوتو نۇرلۇق IL بولۇپ ، ئۇنىڭ چوڭلۇقى:

باشقىچە قىلىپ ئېيتقاندا ، يورۇقلۇق بولمىسا ، IL = 0 ، قۇياش ھۈجەيرىسى پەقەت ئادەتتىكى دىئود. قۇياش ھۈجەيرىسى قىسقا توك يولى بولغاندا ، يەنى V = 0 بولغاندا ، قىسقا توك يولى Isc = -IL بولىدۇ. شۇنداق دېيىشكە بولىدۇكى ، قۇياش ھۈجەيرىسى قىسقا توك يولى بولغاندا ، قىسقا توك ئېقىمى ھادىسە نۇرى كەلتۈرۈپ چىقارغان فوتو نۇر. ئەگەر قۇياش ھۈجەيرىسى ئوچۇق توك يولى بولسا ، يەنى I = 0 بولسا ، ئۇنىڭ ئوچۇق توك بېسىمى:

رەسىم 2. قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ تەڭ توك يولى: بۇ يەردە شۇنى تەكىتلەش كېرەككى ، ئوچۇق توك بېسىمى ۋە قىسقا توك يولى قۇياش ھۈجەيرىسى ئالاھىدىلىكىنىڭ ئىككى مۇھىم پارامېتىرى.

قۇياش ئېنېرگىيىسى باتارېيەسىنىڭ توك چىقىرىش ئېقىمى ۋە توك بېسىمىنىڭ مەھسۇلى:

ئېنىقكى ، قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ توك چىقىرىش مىقدارى مۇقىم قىممەت ئەمەس. ئۇ مەلۇم توك بېسىمى مەشغۇلات نۇقتىسىدىكى ئەڭ يۇقىرى قىممەتكە يېتىدۇ ، ئەڭ چوڭ چىقىرىش قۇۋۋىتى Pmax نى dp / dv = 0 ئارقىلىق بەلگىلىگىلى بولىدۇ. بىز ئەڭ يۇقىرى چىقىرىش قۇۋۋىتى Pmax دىكى چىقىرىش بېسىمىنىڭ:

چىقىرىش ئېقىمى بولسا:

قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ ئەڭ چوڭ چىقىرىش قۇۋۋىتى:

قۇياش نۇرى ھۈجەيرىسىنىڭ ئۈنۈمى قۇياش نۇرى ھۈجەيرىسىنىڭ ھادىسىنىڭ يورۇقلۇقىنى ئەڭ چوڭ چىقىرىش ئېلېكتر ئېنېرگىيىسىگە ئايلاندۇرۇش نىسبىتىنى كۆرسىتىدۇ.

ئادەتتىكى قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ ئۈنۈمىنى ئۆلچەشتە pin = 1000W / with بولغان قۇياش نۇرىغا ئوخشاش نۇر مەنبەسى ئىشلىتىلىدۇ.

تەجرىبە قىلىپ ئېيتقاندا ، قۇياش ئېنېرگىيىسىنىڭ نۆۋەتتىكى توك بېسىمى مۇناسىۋىتى يۇقىرىدىكى نەزەرىيەۋى تەسۋىرگە پۈتۈنلەي ئەمەل قىلمايدۇ. چۈنكى يورۇقلۇق ۋولت ئۈسكۈنىسىنىڭ ئۆزىدە ئاتالمىش ​​يۈرۈشلۈك قارشىلىق ۋە شانتقا قارشى تۇرۇش كۈچى بار. ھەر قانداق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيالغا ياكى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ بىلەن مېتالنىڭ ئالاقىسىگە نىسبەتەن ، مۇقەررەر ھالدا تېخىمۇ چوڭ ياكى ئاز قارشىلىق كۈچى بولىدۇ ، بۇ يورۇقلۇق ۋولت ئۈسكۈنىسىنىڭ يۈرۈشلۈك قارشىلىقىنى شەكىللەندۈرىدۇ. يەنە بىر جەھەتتىن ، يورۇقلۇق ۋولت ئۈسكۈنىسىنىڭ مۇسبەت ۋە مەنپىي ئېلېكترودلىرى ئارىسىدىكى كۆڭۈلدىكىدەك Pn دىئودىدىن باشقا ھەر قانداق يول ئۈسكۈنىدىكى ئەۋلاد قايتا ھاسىل قىلىش ئېقىمى قاتارلىق ئاتالمىش ​​ئېقىش ئېقىمىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. ، يەر يۈزىنى قايتا ھاسىل قىلىش ئېقىمى ، ئۈسكۈنىنىڭ گىرۋەكلىرىنى تولۇق ئايرىماسلىق ۋە مېتال ئالاقىنىڭ سىڭىپ كىرىش ئېغىزى.

ئادەتتە ، بىز قۇياش نۇرى ھۈجەيرىسىنىڭ ئېقىش ئېقىمىغا ، يەنى Rsh = V / Ileak غا ئېنىقلىما بېرىش ئۈچۈن شونت قارشىلىق كۈچى ئىشلىتىمىز. شانتنىڭ قارشىلىقى قانچە چوڭ بولسا ، ئېقىش ئېقىمى شۇنچە كىچىك بولىدۇ. ئەگەر بىز ئورتاق قارشىلىق كۆرسەتكۈچى Rs ۋە شانت قارشىلىق كۆرسەتكۈچى Rsh نى ئويلاشساق ، قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ نۆۋەتتىكى توك بېسىمى مۇناسىۋىتىنى مۇنداق يېزىشقا بولىدۇ:

بىز يەنە پەقەت بىرلا پارامېتىرنى ، يەنى ئاتالمىش ​​تولدۇرۇش ئامىلىنى ئىشلىتىپ ، يۈرۈشلۈك قارشىلىق ۋە شونت قارشىلىقنىڭ تەسىرىنى يەكۈنلىيەلەيمىز. دەپ ئېنىقلىما بېرىلگەن:

ئېنىقكى ، ئەگەر بىر يۈرۈش قارشىلىق كۆرسەتكۈچى بولمىسا ھەمدە شانتنىڭ قارشىلىقى چەكسىز بولسا (ئېقىش ئېقىمى بولمىسا) تولدۇرۇش ئامىلى ئەڭ چوڭ بولىدۇ. يۈرۈشلۈك قارشىلىقنىڭ كۈچىيىشى ياكى شونتقا قارشى تۇرۇش كۈچىنىڭ تۆۋەنلىشى تولدۇرۇش ئامىلىنى تۆۋەنلىتىدۇ. بۇنداق بولغاندا ،. قۇياش نۇرى ھۈجەيرىسىنىڭ ئۈنۈمىنى ئوچۇق توك بېسىمى Voc ، قىسقا توك يولى Isc ۋە تولدۇرۇش ئامىلى FF دىن ئىبارەت ئۈچ مۇھىم پارامېتىر ئارقىلىق ئىپادىلىگىلى بولىدۇ.

ئېنىقكى ، قۇياش نۇرى ھۈجەيرىسىنىڭ ئۈنۈمىنى يۇقىرى كۆتۈرۈش ئۈچۈن ، بىرلا ۋاقىتتا ئۇنىڭ ئوچۇق توك بېسىمى ، قىسقا توك يولى (يەنى فوتوسۈرەت) ۋە تولدۇرۇش ئامىلى (يەنى يۈرۈشلۈك قارشىلىق ۋە ئېقىش ئېقىمىنى ئازايتىش) نى ئاشۇرۇش كېرەك.

ئوچۇق توك بېسىمى ۋە قىسقا توك يولى: ئالدىنقى فورمۇلادىن قارىغاندا ، قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ ئوچۇق توك بېسىمى فوتوسۈرەت ۋە تويۇنغان ھۈجەيرە تەرىپىدىن بەلگىلىنىدۇ. يېرىم ئۆتكۈزگۈچ فىزىكىسى نۇقتىسىدىن ئېيتقاندا ، ئوچۇق توك بېسىمى ئېلېكترون بىلەن بوشلۇق زەرەتلەش رايونىدىكى تۆشۈك ئوتتۇرىسىدىكى فېرمى ئېنېرگىيە پەرقىگە تەڭ. كۆڭۈلدىكىدەك Pn دىئودىنىڭ تويۇنۇش ئېقىمىغا كەلسەك ، ئىشلەتسىڭىز بولىدۇ:

ئىپادىلەش. بۇ يەردە q0 بىرلىك زەربىسىگە ۋەكىللىك قىلىدۇ ، ni يېرىم ئۆتكۈزگۈچنىڭ ئىچكى توشۇغۇچى قويۇقلۇقىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ ، ND ۋە NA ھەر بىرى ئىئانە قىلغۇچى ۋە قوبۇل قىلغۇچىنىڭ قويۇقلۇقىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ ، Dn ۋە Dp ھەر بىرى ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەرنىڭ تارقىلىش كوئېففىتسېنتىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ ، يۇقارقى ئىپادىلەش n دەپ پەرەز قىلىنغان. - تىپ رايونى ۋە p تىپلىق رايوننىڭ ھەر ئىككىسى كەڭ بولغان ئەھۋال. ئادەتتە ، قۇياش ئېنېرگىيىسى ھۈجەيرىسىگە p تىپلىق تارماق ئېلېمېنتلارنى ئىشلىتىپ ، n تىپلىق رايون ئىنتايىن تېيىز ، يۇقىرىدىكى ئىپادىنى ئۆزگەرتىشكە توغرا كېلىدۇ.

بىز ئىلگىرى تىلغا ئالدۇقكى ، قۇياش ھۈجەيرىسى يورۇتۇلغاندا ، فوتوسۈرەت ھاسىل بولىدۇ ، فوتوسۈرەت بولسا قۇياش ھۈجەيرىسىنىڭ نۆۋەتتىكى توك بېسىمى مۇناسىۋىتىدىكى يېپىق توك يولى. بۇ يەردە فوتوگرافنىڭ كېلىش مەنبەسىنى قىسقىچە بايان قىلىمىز. توشۇغۇچىنىڭ بىرلىك ۋاقتىدىكى بىرلىك مىقدارى (بىرلىك m -3 s -1) نىڭ ھاسىل بولۇش نىسبىتى نۇرنىڭ سۈمۈرۈلۈش كوئېففىتسېنتى تەرىپىدىن بەلگىلىنىدۇ.

بۇنىڭ ئىچىدە α نۇرنىڭ سۈمۈرۈلۈش كوئېففىتسېنتىغا ۋەكىللىك قىلىدۇ ، بۇ ھادىسە فوتونلىرىنىڭ كۈچلۈكلۈك دەرىجىسى (ياكى فوتون ئېقىمىنىڭ زىچلىقى) ، R بولسا نۇر قايتۇرۇش كوئېففىتسېنتىنى كۆرسىتىدۇ ، شۇڭا ئۇ ئەكس ئەتمىگەن ھادىسە فوتونلىرىنىڭ كۈچلۈكلۈك دەرىجىسىگە ۋەكىللىك قىلىدۇ. فوتوگراف ھاسىل قىلىدىغان ئۈچ ئاساسلىق مېخانىزم: p تىپلىق رايوندىكى ئاز سانلىق مىللەت توشۇغۇچى ئېلېكترونلىرىنىڭ تارقىلىش ئېقىمى ، n تىپلىق رايوندىكى ئاز سانلىق مىللەت توشۇغۇچى تۆشۈكلىرىنىڭ تارقىلىش ئېقىمى ۋە بوشلۇق زەرەتلەش رايونىدىكى ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەرنىڭ ئېقىشى. نۆۋەتتىكى. شۇڭلاشقا ، فوتوگرافنى تەخمىنەن مۇنداق ئىپادىلەشكە بولىدۇ:

بۇنىڭ ئىچىدە Ln ۋە Lp ھەر بىرى p تىپلىق رايوندىكى ئېلېكترونلارنىڭ تارقىلىش ئۇزۇنلۇقى ۋە n تىپىدىكى تۆشۈكلەرگە ۋەكىللىك قىلىدۇ ، ئۇ بوشلۇق زەرەتلەش رايونىنىڭ كەڭلىكى. بۇ نەتىجىلەرنى يىغىنچاقلىغاندا ، ئوچۇق توك بېسىمى ئۈچۈن ئاددىي بىر ئىپادىگە ئېرىشىمىز:

بۇ يەردە Vrcc ھەر بىر ھەجىمدىكى ئېلېكترون تۆشۈك جۈپلىرىنىڭ قايتا ھاسىل بولۇش نىسبىتىگە ۋەكىللىك قىلىدۇ. ئەلۋەتتە ، بۇ بىر تەبىئىي نەتىجە ، چۈنكى ئوچۇق توك بېسىمى بوشلۇق زەرەتلەش رايونىدىكى ئېلېكترون بىلەن تۆشۈك ئوتتۇرىسىدىكى فېرمى ئېنېرگىيە پەرقىگە تەڭ كېلىدۇ ، ئېلېكترون بىلەن تۆشۈكنىڭ فېرمى ئېنېرگىيە پەرقى توشۇغۇچىنىڭ ھاسىل بولۇش نىسبىتى ۋە قايتا ھاسىل بولۇش نىسبىتى تەرىپىدىن بەلگىلىنىدۇ. .