загрузка...
загрузка...
На головну

напівпровідникові фотоелементи

Дивіться також:
  1. напівпровідникові випрямлячі
  2. Напівпровідникові датчики температури
  3. Напівпровідникові інтегральні мікросхеми
  4. Напівпровідникові МАТЕРІАЛИ світлодіодів
  5. Електронно дірковий перехід. Напівпровідникові діоди.

У напівпровідниковому фотоелементі з p-n-переходить відбувається безпосереднє перетворення світлової енергії в електричну. Структура кремнієвого фотоелемента приведена на рис. 11. Він являє собою плоску пластину кремнію з електропровідністю р-типу, на поверхні якої створено тонкий шар з провідністю n+-типу. Висока провідність цього шару дозволяє створити омічний контакт у вигляді кільця або рамки на нижній поверхні фотоелемента, залишивши всю верхню поверхню кристала відкритою для освітлення.

Вольтамперная характеристика фотоелемента аналогічна ВАХ фотодіода (рис. 9). Частини кривих, розташовані в третьому квадранті (при зворотному напрузі) відповідають фотодіодних режиму роботи p-n-переходу; частини кривих, розташовані в четвертому квадранті - режиму генерації фото-ЕРС.

Фотоелемент працює без зовнішніх джерел живлення, а сам є джерелом електричної енергії (четвертий квадрант на ВАХ p-n-переходу (рис. 12). Якщо до фотоелементу підключити зовнішню навантаження (рис. 13), то при освітленні p-n-переходу по ланцюгу потече струм. Точки перетину ВАХ з віссю струмів (U = 0) відповідають значенням струмів короткого замикання (Rн = 0). З рівняння (2.3) при U = 0 і рівняння (2.5) отримаємо

Iкз = -Iф = -Kінт Ф. (2.6)

Струм короткого замикання залежить від площі фотоелемента Iкз = -K?ЕS. У кремнієвих фотоелементів щільність струму короткого замикання Iкз/S = 20 ? 25 мА / см2 = 200 ? 250 А / м2 при середній освітленості сонячним світлом.

Точки перетину ВАХ з віссю напруг (при Rн = ?) відповідають значенням фото-ЕРС ?0 або напруженням холостого ходу Uхх. Прийнявши в рівнянні (2.3) I = 0, можна знайти напругу холостого ходу:

. (2.7)

де Is = InE+IpE - Зворотний струм p-n-переходу.

Формула (2.7) справедлива, поки концентрація неосновних носіїв набагато меншою концентрації основних носіїв заряду. При великій інтенсивності світла максимальне значення фото-ЕРС прагнути до величини контактної різниці потенціалів p-n-переходу ?0.

У кремнієвих фотоелементів фото-ЕРС становить 0.5 ? 0.55 В. Точки перетину ВАХ з віссю струмів відповідають значенням струмів короткого замикання, які залежать від площі p-n-переходу фотоелемента.

За ВАХ при різних освещенностях фотоелемента можна вибрати оптимальний опір навантаження Rн опт, При якому в навантаженні буде виділятися максимальна потужність Рmax. Для цього необхідно провести навантажувальну пряму з початку координат I = -U/Rн (Рис. 12). Точка перетину ВАХ з навантажувальної прямої визначає напругу Uн і струм навантаження Iн. Потужність що виділяється в навантаженні Pн = Uн• |Iн|.

Для кремнієвих фотоелементів при оптимальному навантаженні Uн = 0.35 ? 0.4 В і J = 15 ? 20 мА / см2. Таким чином, при середній освітленості електрична потужність з одного квадратного сантиметра фотоелемента становить P = 5 ? 8 мВт.

світлові характеристики фотоелемента рис. 14 показують залежність напруги холостого ходу Uхх = ?ф і струму короткого замикання Iкз = Iф від освітленості, створюваної лампою розжарювання з температурою вольфрамової нитки Т = 2842 К: Uхх = f(E) і Iкз = f(E). залежність Iкз від освітленості в широких межах зміни освітленості лінійна (мал. 14, суцільна лінія), а напруги холостого ходу пропорційна логарифму освітленості (рис. 14, штрихова лінія).

ставлення Кінт = Iкз/E називається інтегральної чутливістю фотоелемента.

спектральна характеристика фотоелемента - це залежність струму короткого замикання від довжини хвилі падаючого світла Iкз = f(?) при Е = Const. Максимум спектральної характеристики кремнієвих фотоелементів (рис. 3) майже збігається з максимумом спектрального розподілу енергії сонячного світла. Тому кремнієві фотоелементи широко використовують для створення сонячних батарей.

Коефіцієнт корисної дії фотоелемента ? = Рmaxф, де Рф - Потужність світлового потоку, що падає на робочу поверхню фотоелемента. Теоретична межа ККД, кремнієвого сонячного фотоелемента становить 23%.

Зменшення ККД фотоелементів відбувається через часткове відображення випромінювання від поверхні напівпровідника, поглинання квантів світла без освіти пар електрон - дірка, рекомбінації нерівноважних носіїв до їх поділу електричним полем в p-n-переході, втрати потужності при проходженні струму через об'ємний опір бази фотоелемента. В результаті ККД кремнієвих фотоелементів, що випускаються промисловістю, становить близько 12%. Для збільшення ККД можна виготовити фотоелемент на основі гетеропереходу.

Основні характеристики і параметри фоторезисторів «-- попередня | наступна --» біполярного фототранзисторами
загрузка...
© om.net.ua