Bawo ni awọn sẹẹli oorun ṣiṣẹ

Awọn sẹẹli oorun fa imọlẹ orun lati ṣe awọn iṣẹ ti awọn batiri lasan. Ṣugbọn ko dabi awọn batiri ti aṣa, foliteji iṣelọpọ ati agbara iṣelọpọ ti o pọju ti awọn batiri ibile jẹ ti o wa titi, lakoko ti foliteji iṣelọpọ, lọwọlọwọ, ati agbara ti awọn sẹẹli oorun ni ibatan si awọn ipo ina ati awọn aaye iṣẹ fifuye. Nitori eyi, lati lo awọn sẹẹli oorun lati ṣe ina ina, o gbọdọ loye ibatan-foliteji lọwọlọwọ ati ilana iṣẹ ti awọn sẹẹli oorun.

Imọlẹ iwoye ti oorun:

Orisun agbara ti awọn sẹẹli oorun jẹ imọlẹ oorun, nitorinaa kikankikan ati irisi isẹlẹ ti isẹlẹ isẹlẹ ti n ṣe ipinnu lọwọlọwọ ati iṣelọpọ foliteji nipasẹ sẹẹli oorun. A mọ pe nigba ti a ba gbe ohun kan si abẹ oorun, o gba imọlẹ oorun ni ọna meji, ọkan jẹ imọlẹ orun taara, ekeji si jẹ imọlẹ orun ti o tan kaakiri lẹhin ti awọn nkan miiran ti tuka lori ilẹ. Labẹ awọn ipo deede, ina isẹlẹ taara ṣe iroyin fun iwọn 80% ti ina ti o gba nipasẹ sẹẹli oorun. Nítorí náà, ìjíròrò wa tí ó tẹ̀ lé e yóò tún gbájú mọ́ ìfarahàn tààràtà sí ìmọ́lẹ̀ oòrùn.

Kikankikan ati iwoye ti oorun le ṣe afihan nipasẹ irradiance spekitiriumu, eyiti o jẹ agbara ina fun iwọn gigun ẹyọkan fun agbegbe ẹyọkan (W/㎡um). Ikikan ti oorun (W/㎡) jẹ apapọ gbogbo awọn gigun gigun ti itanna iwoye. Imọlẹ julọ.Oniranran ti imọlẹ oorun jẹ ibatan si ipo ti a wọn ati igun oorun ti o ni ibatan si oju ilẹ. Ìdí ni pé afẹ́fẹ́ máa ń gba ìmọ́lẹ̀ oòrùn mọ́ra, á sì tú ká kó tó dé orí ilẹ̀ ayé. Awọn ifosiwewe meji ti ipo ati igun ni gbogbogbo jẹ aṣoju nipasẹ ohun ti a pe ni ibi-afẹfẹ (AM). Fun itanna oorun, AMO tọka si ipo ti o wa ni aaye ita nigbati oorun ba n tan taara. Kikan ina rẹ jẹ isunmọ 1353 W/㎡, eyiti o jẹ deede si orisun ina ti o ṣejade nipasẹ itankalẹ dudu pẹlu iwọn otutu ti 5800K. AMI n tọka si ipo ti o wa lori oju ilẹ, nigbati õrùn ba nmọlẹ taara, itanna ina jẹ nipa 925 W/m2. AMI.5 n tọka si ipo ti o wa ni oju ilẹ, nigbati õrùn ba ṣẹlẹ ni igun 45 iwọn, iwọn ina jẹ nipa 844 W/m2. AM 1.5 ni gbogbogbo ni a lo lati ṣe aṣoju aropin itanna ti oorun lori oju ilẹ. Awoṣe iyika sẹẹli oorun:

Nigbati ko ba si ina, sẹẹli oorun a huwa bi pn junction diode. Ibasepo lọwọlọwọ-foliteji ti ẹrọ ẹlẹnu meji ti o dara julọ le ṣe afihan bi

Nibo ni MO ṣe aṣoju lọwọlọwọ, V ṣe aṣoju foliteji, Is jẹ lọwọlọwọ itẹlọrun, ati VT = KBT/q0, nibiti KB ṣe aṣoju igbagbogbo BoItzmann, q0 jẹ idiyele ina mọnamọna, ati T jẹ iwọn otutu. Ni iwọn otutu yara, VT = 0.026v. O yẹ ki o ṣe akiyesi pe itọsọna ti Pn diode lọwọlọwọ jẹ asọye lati ṣan lati iru P si iru n ninu ẹrọ naa, ati pe awọn iye rere ati odi ti foliteji ni asọye bi agbara ebute iru P. iyokuro awọn n-Iru ebute o pọju. Nitorinaa, ti o ba tẹle asọye yii, nigbati sẹẹli oorun ba n ṣiṣẹ, iye foliteji rẹ jẹ rere, iye lọwọlọwọ rẹ jẹ odi, ati tẹ IV wa ni iwọn kẹrin. Awọn olukawe gbọdọ wa ni iranti nibi pe ohun ti a pe ni diode bojumu da lori ọpọlọpọ awọn ipo ti ara, ati pe awọn diodes gangan yoo ni diẹ ninu awọn ifosiwewe aiṣedeede ti o ni ipa lori ibatan foliteji lọwọlọwọ ti ẹrọ naa, gẹgẹbi lọwọlọwọ isọdọtun-iran, nibi A gba ' t ọrọ ti o Elo. Nigbati sẹẹli oorun ba farahan si ina, fọto yoo wa ninu diode pn. Nitoripe itọnisọna aaye itanna ti a ṣe sinu ti ọna asopọ pn jẹ lati iru n-iru si iru-p, awọn orisii-iho elekitironi ti ipilẹṣẹ nipasẹ gbigba awọn photons yoo ṣiṣe si ọna ipari n-type, nigba ti awọn ihò yoo ṣiṣe si ọna p. - iru ipari. Awọn photocurrent akoso nipasẹ awọn meji yoo ṣàn lati n-type to p-type. Ni gbogbogbo, itọsọna lọwọlọwọ iwaju ti diode jẹ asọye bi ṣiṣan lati iru p si iru n. Ni ọna yii, ni akawe si diode ti o peye, photocurrent ti ipilẹṣẹ nipasẹ sẹẹli oorun nigbati itanna jẹ lọwọlọwọ odi. Ibasepo-foliteji lọwọlọwọ ti sẹẹli oorun jẹ diode to dara julọ pẹlu IL photocurrent odi, eyiti titobi rẹ jẹ:

Ni awọn ọrọ miiran, nigbati ko ba si imọlẹ, IL = 0, sẹẹli oorun jẹ diode lasan. Nigbati sẹẹli oorun ba jẹ kukuru-yika, iyẹn, V = 0, akoko kukuru kukuru jẹ Isc = -IL. Ìyẹn ni pé, nígbà tí sẹ́ẹ̀lì tí oòrùn bá jẹ́ yíká kúkúrú, ìṣàkóso kúkúrú yíyí jẹ́ ìpìlẹ̀ ìsẹ̀lẹ̀ tí ń hù jáde nípasẹ̀ ìmọ́lẹ̀ ìṣẹ̀lẹ̀. Ti sẹẹli oorun ba wa ni sisi, iyẹn ni, ti I = 0, foliteji Circuit ṣiṣi rẹ jẹ:

olusin 2. Awọn deede Circuit ti oorun cell: (a) lai, (b) pẹlu jara ati shunt resistors. O gbọdọ tẹnumọ nibi pe foliteji Circuit ṣiṣi ati lọwọlọwọ kukuru kukuru jẹ awọn aye pataki meji ti awọn abuda sẹẹli oorun.

Ijade agbara ti sẹẹli oorun jẹ ọja ti lọwọlọwọ ati foliteji:

O han ni, iṣelọpọ agbara nipasẹ sẹẹli oorun kii ṣe iye ti o wa titi. O de iye ti o pọju ni aaye iṣẹ-foliteji lọwọlọwọ kan, ati pe agbara iṣẹjade ti o pọju Pmax le pinnu nipasẹ dp/dv=0. A le yọkuro pe foliteji iṣelọpọ ni agbara iṣelọpọ ti o pọju Pmax jẹ:

ati iṣẹjade lọwọlọwọ jẹ:

Agbara iṣelọpọ ti o pọju ti sẹẹli oorun jẹ:

Iṣiṣẹ ti sẹẹli oorun n tọka si ipin ti sẹẹli oorun ti n yi agbara Pin ti ina iṣẹlẹ pada si agbara itanna ti o pọ julọ, iyẹn ni:

Awọn wiwọn ṣiṣe sẹẹli oorun gbogbogbo lo orisun ina ti o jọra si imọlẹ oorun pẹlu pin=1000W/㎡.

Ni idanwo, ibatan-foliteji lọwọlọwọ ti awọn sẹẹli oorun ko tẹle ni pipe ni apejuwe imọ-jinlẹ ti o wa loke. Eyi jẹ nitori ẹrọ fọtovoltaic funrararẹ ni ohun ti a pe ni resistance jara ati resistance shunt. Fun eyikeyi ohun elo semikondokito, tabi olubasọrọ laarin semikondokito kan ati irin kan, laiṣepe yoo jẹ resistance ti o tobi tabi kere si, eyiti yoo ṣe idawọle jara ti ẹrọ fọtovoltaic. Ni apa keji, ọna eyikeyi ti o wa lọwọlọwọ yatọ si diode Pn ti o dara julọ laarin awọn amọna rere ati odi ti ẹrọ fọtovoltaic yoo fa ohun ti a pe ni lọwọlọwọ jijo, gẹgẹbi iran-atunṣe lọwọlọwọ ninu ẹrọ naa. , dada recombination lọwọlọwọ, aipe eti ipinya ti awọn ẹrọ, ati irin olubasọrọ ilaluja ipade.

Ni ọpọlọpọ igba, a lo ipadabọ shunt lati ṣalaye ṣiṣan ṣiṣan ti awọn sẹẹli oorun, iyẹn ni, Rsh=V/Ileak. Ti o tobi ju resistance shunt jẹ, kere si lọwọlọwọ jijo jẹ. Ti a ba ṣe akiyesi resistance apapọ Rs ati shunt resistance Rsh, ibatan-foliteji lọwọlọwọ ti sẹẹli oorun le jẹ kikọ bi:

A tun le lo paramita kan ṣoṣo, ohun ti a pe ni ipin kikun, lati ṣe akopọ awọn ipa mejeeji ti resistance jara ati resistance shunt. tumọ si bi:

O han gbangba pe ifosiwewe kikun jẹ o pọju ti ko ba si resistor jara ati pe shunt resistance jẹ ailopin (ko si lọwọlọwọ jijo). Eyikeyi ilosoke ninu jara resistance tabi idinku ninu resistance shunt yoo dinku ifosiwewe kikun. Ni ọna yi,. Iṣiṣẹ ti awọn sẹẹli oorun le ṣe afihan nipasẹ awọn aye pataki mẹta: folti Circuit ṣiṣi Voc, Isc lọwọlọwọ kukuru, ati ifosiwewe kikun FF.

O han ni, lati mu awọn ṣiṣe ti a oorun cell, o jẹ pataki lati ni nigbakannaa mu awọn oniwe-ìmọ Circuit foliteji, kukuru Circuit lọwọlọwọ (iyẹn ni, photocurrent), ati ki o kun ifosiwewe (iyẹn ni, din jara resistance ati jijo lọwọlọwọ).

Ṣiṣii Circuit foliteji ati lọwọlọwọ Circuit kukuru: Ni idajọ lati agbekalẹ iṣaaju, foliteji Circuit ṣiṣi ti sẹẹli oorun jẹ ipinnu nipasẹ fọto lọwọlọwọ ati sẹẹli ti o kun. Lati irisi ti fisiksi semikondokito, foliteji Circuit ṣiṣi jẹ dogba si iyatọ agbara Fermi laarin awọn elekitironi ati awọn iho ni agbegbe idiyele aaye. Bi fun lọwọlọwọ saturation ti Pn diode pipe, o le lo:

lati ṣalaye. nibiti q0 ṣe aṣoju idiyele ẹyọkan, ni ṣe aṣoju ifọkansi ti ngbe inu inu ti semikondokito, ND ati NA kọọkan jẹ aṣoju ifọkansi ti oluranlọwọ ati olugba, Dn ati Dp kọọkan ṣe aṣoju olusọdipúpọ kaakiri ti awọn elekitironi ati awọn ihò, ọrọ ti o wa loke n ro pe n - Ọran nibiti mejeeji iru agbegbe ati agbegbe p-iru jẹ mejeeji jakejado. Ni gbogbogbo, fun awọn sẹẹli oorun nipa lilo awọn sobusitireti iru p, agbegbe iru n jẹ aijinile pupọ, ati pe ikosile ti o wa loke nilo lati yipada.

A mẹnuba ni iṣaaju pe nigba ti sẹẹli oorun ba ti tan imọlẹ, fọtoyiya kan ti wa ni ipilẹṣẹ, ati pe photocurrent jẹ lọwọlọwọ-yika pipade ni ibatan-foliteji lọwọlọwọ ti sẹẹli oorun. Nibi a yoo ṣe apejuwe ni ṣoki ipilẹṣẹ ti photocurrent. Oṣuwọn iran ti awọn gbigbe ni iwọn ẹyọkan fun akoko ẹyọkan (ipin m -3 s -1) jẹ ipinnu nipasẹ olusọdipúpọ gbigba ina, iyẹn ni.

Lara wọn, α duro fun iyeida gbigba ina, eyiti o jẹ kikankikan ti awọn fọto isẹlẹ (tabi iwuwo flux photon), ati R n tọka si olùsọdipúpọ itọsi, nitorinaa o duro fun kikankikan ti awọn fọto isẹlẹ ti ko ṣe afihan. Awọn ọna ṣiṣe akọkọ mẹta ti o ṣe ipilẹṣẹ fọto lọwọlọwọ ni: ṣiṣan kaakiri lọwọlọwọ ti awọn elekitironi ti ngbe kekere ni agbegbe p-iru, lọwọlọwọ kaakiri ti awọn iho ti ngbe nkan ni agbegbe n-iru, ati fiseete ti awọn elekitironi ati awọn iho ni agbegbe idiyele aaye. lọwọlọwọ. Nitorinaa, photocurrent le jẹ afihan isunmọ bi:

Lara wọn, Ln ati Lp ọkọọkan jẹ aṣoju gigun kaakiri ti awọn elekitironi ni agbegbe p-iru ati awọn ihò ni agbegbe iru n, ati pe o jẹ iwọn ti agbegbe idiyele aaye. Ni akopọ awọn abajade wọnyi, a gba ikosile ti o rọrun fun foliteji Circuit ṣiṣi:

nibiti Vrcc ṣe aṣoju oṣuwọn isọdọtun ti awọn orisii iho elekitironi fun iwọn didun ẹyọkan. Nitoribẹẹ, eyi jẹ abajade adayeba, nitori pe foliteji Circuit ṣiṣi jẹ dogba si iyatọ agbara Fermi laarin awọn elekitironi ati awọn iho ni agbegbe idiyele aaye, ati iyatọ agbara Fermi laarin awọn elekitironi ati awọn iho jẹ ipinnu nipasẹ oṣuwọn iran ti ngbe ati oṣuwọn atunda. .