Celule fotoconductoare semiconductoare

Raport privind fizica

Pe tema: fotocelule semiconductoare

Verificat: NP Nykhalova.

Definiția. Fotoculturile semiconductoare sunt dispozitive ale căror principiu de funcționare se bazează pe efectul fotovoltaic - fenomenul apariției fotografiilor. etc cu. într-o tranziție electrică atunci când este iradiată cu un flux luminos. Camerele foto sunt convertoare ale energiei fluxului de lumină în energie electrică și sunt folosite ca surse de emf. pentru alimentarea diverselor dispozitive radioelectronice, în dispozitivele de automatizare etc. Aranjamentul fotocelulelor de seleniu și siliciu este prezentat schematic în Fig. 14-8. Pe o placă de metal solid, cu o grosime de 1,2 mm prin evaporare termică în vid un strat de p-seleniu (p-Se) și o placă încălzită la T = 200 - 210 ° C. Pe stratul de seleniu a fost apoi pulverizat cu o peliculă subțire de cadmiu (Cd), galiu ( Ga) sau indiu (In). La tratamentul termic ulterior, se formează un strat subțire (aproximativ 50 pm) din compusul de seleniu al metalului pulverizat având n-conductivitate pe suprafața cristalului Se. La limita selenidelor formate și p-Se se formează o joncțiune cu gaura electronică. strat pulverizat de metal subțire este translucid și servește ca un al doilea electrod, care este conectat la un metal inelar kontakt.Osnovoy SPC este n-Si placă cu grosimea de 0,3-1 mm pe o suprafață care prin difuzia bor sau aluminiu creează straturi p-Si cu o grosime de 0,4 -1 μm. La limita acestui strat cu n-Si, se formează o joncțiune pn cu o grosime a stratului de barieră Iw 0,05 m. Contactele cu stratul p-Si sunt create prin depunerea în vid a unui film de titan, care este apoi protejat cu un strat subțire de argint. Filmul metalului depus este semi-transparent. Pe spatele plăcii este gravată o gaură în care se realizează. contactul cu plăcuța n-Si Caracteristici și parametri ai fotocelulelor. Caracteristica energetică a fotocelulei a fost prezentată în Fig. 14-9, dependența apriori = 0 = f (F) trebuie să fie în conformitate cu (14-21) liniar, dar cu o creștere a caracteristicii de curgere de lumină se abate de la o lege liniară. Acest lucru se datorează influenței rezistenței la tranziție și rezistența - volumul semiconductor prezentat în circuitul echivalent al fotocelulei (Fig 14-10.), În care procesul de generare a luminii este reprezentată de perechi de taxe echivalente cu generatorul de curent.







Pentru această schemă, în conformitate cu legea lui Kirchhoff, putem scrie: Pentru valori mici ale fluxului luminos. în consecință, caracteristica de lumină este aproape liniară. Cu o creștere a rezistenței luminoase de tranziție de flux este redusă și dependența I == I (F) se abate de la din ce în ce lineynoy.Semeystvo caracteristicile volt-ampere ale fotocelulei prezentat în Fig. 14-9, b. Aceste curbe reprezintă o secțiune a caracteristicilor de tensiune curentă ale joncțiunii pn iradiate (vezi figura 14-7). Pentru un flux de lumină dat, de exemplu. caracteristică intersectează axa ordonatelor este egală cu fotoelectric și axa orizontală - un segment egal cu valoarea fotografiei - e. etc cu. Pe o familie de caracteristici curent-tensiune pot fi proiectate caracteristică de sarcină - o linie care merge de la origine - că unghiul de înclinare față de axa orizontală este proporțională cu rezistența. Punctul de intersecție al caracteristicilor de sarcină ale caracteristicii curent-tensiune determină punctul A de funcționare ale cărui coordonate corespund valorilor din curentul I în circuitul extern și tensiunea terminală a zonei rezistor dreptunghiului delimitat de axele ordonatei și perpendiculara a scăzut la acesta din punctul de funcționare proporțional cu puterea generată în timpul extern Caracteristicile spectrale relative ale principalelor tipuri de fotocelule industriale sunt prezentate în Fig. 14-11, unde curbele sunt reprezentate grafic ca radiația solară, numărul relativ de fotoni din lumina soarelui și fluxul de vizibilitate glaza.Chastotnaya caracteristică oferă o indicație a fotocelule proprietăți de inerție atunci când este iradiat cu flux luminos modulat în intensitate după o lege sinusoidală cu frecvența /. Așa cum se poate vedea din fig. 14-12, pentru a crește sensibilitatea fotocelulei scade frecventa, care este determinată de proprietățile inerțiale de fotoelemente practic reincarca constant timp de capacitatea de barieră a joncțiunii pn. Caracteristica de frecvență indică valoarea frecvenței cutoff. în care sensibilitatea scade uneori în comparație cu valoarea sa la fotocelule f = 0.Poluprovodnikovye pot fi utilizate ca surse de energie electrică, precum și din urmă caz ​​fotopriemnikov.V, cel mai important este caracteristicile lor spectrale și parametri, cum ar fi detectivity prag de curgere D, al cărei sens a fost luată în considerare în fotocelule § 14-4.Dlya utilizate ca surse de putere, cele mai importante sunt actuale -ampernaya caracteristice și eficiență coeficient acțiunea a cărei valoare determină eficiența conversiei energiei luminoase în energie electrică: Valoarea eficienței unei fotocelule depinde de un număr de factori. Un rol important îl au pierderile de lumină, determinate în primul rând de coeficientul de reflexie. Partea reflectată a energiei luminoase nu participă la procesul de conversie. Prin pierderi ușoare includ, de asemenea, porțiunea de fotoni, care prin absorbție creează perechi purtătoare de sarcină electrică (absorbție cu zăbrele de purtători liberi, absorbția excitonului etc.). Procesul de transformare este, de asemenea, însoțit de pierderi de energie. Acestea includ procese de recombinare, formarea perechilor de sarcină, la o distanta de stratul de barieră este mai mare decât lungimea de difuzie, pierderile în rezistența de tranziție de semiconductoare și dr.Koeffitsient eficiență volumul crește cu fluxul luminos fotocelulă și forța photoelectromotive. Cu toate acestea, pentru valori mari ale lui F, cu creșterea concentrației de purtători liberi crește probabilitatea recombinării lor, și, de asemenea, redus la raportul de colectare. In plus, ca rezultat al dispozitivului de încălzire pentru curent mari creșteri F. care, de asemenea, servește drept motiv pentru reducerea eficienței fotografiei. iar tensiunea este limitată de înălțimea barierului potențial al tranziției. Creșterea tensiunii poate fi realizată prin utilizarea de materiale semiconductoare cu un decalaj de bandă largă și un grad ridicat de dopaj. În acest caz, nivelul Fermi aproape de partea de jos a benzii de conducție în n-semiconductor și tavanul benzii de valență în p-semiconductor, astfel valoarea -Theoretical k. N. D. La aproape 25% .Zadacha alegerea optimă a materialului semiconductor este deosebit de important atunci când dezvoltarea convertoarelor de energie solară, caracterizată printr-un spectru foarte larg. Această întrebare va fi luată în considerare mai detaliat mai jos atunci când se vor discuta parametrii diferitelor tipuri de fotocelule. Parametrii fotocelulelor de diferite tipuri. Principalele tipuri de fotocelule utilizate ca receptoare de radiație fotovoltaică sunt fotoelectrele seleniu și argint-argint. Dispozitivul fotocelulei de seleniu a fost prezentat în Fig. 14-8, a. Aceste celule solare sunt utilizate în principal în film - și echipamente fotografice, ca lor aproape caracteristică spectrală la o curbă de vizibilitate ochi (Figura 14-11-ului). .Integralnaya seleniu sensibilitate fotocelulă. Foto-emf. aceste elemente nu depășește 0,5-0,6 V. Valoarea frecvenței de delimitare este de câteva sute de fotocelule gerts.V tranziție electric sernistoserebryanyh între filmul semi-transparent format din folie de aur și argint sulfura depus pe un substrat de metal. Aceste fotocelule sunt sensibile la radiații în partea de undă lungă a spectrului vizibil și în regiunea infraroșie.







Integralitatea acestor dispozitive este mA / lm. Aceste fotocelule, cum ar fi seleniul, se caracterizează printr-o eficiență scăzută (1-2%) și, prin urmare, nu sunt utilizate ca surse de energie electrică. .. Unul dintre motivele pentru care o astfel de lungime redusă n etc.- mici de difuzie în semiconductor policristalin plenkah.V ca fotodetectori pentru detectarea luminii și pentru detectarea semnalelor mici aplicate celule fotovoltaice bazate pe germaniului si siliciu monocristalin semiconductori și compuși semiconductori: antimonid indiu (InSb ), arseniura indiu (InAs), și altele. tranzițiile electrice în astfel de dispozitive obținute prin fuziune (de exemplu, n-indiu și germaniu), fie prin difuziune locală de câștig mici primesey.Dlya semnalele electrice obținute la înregistrarea fluxurilor slabe de lumină, este de dorit să se mărească rezistența la sarcină inclusă în circuitul extern. Cu toate acestea, creșterea rezistenței este limitată de rezistența internă a dispozitivului. care depinde de rezistența tranziției la pornirea din nou. Atunci când energia este o caracteristică mai liniar (vezi. Fig. 14-9) și scăderile de timp constantă suprapreț emkosti.S barieră acest punct de vedere, de preferință celule solare cu germaniu siliciu, deoarece lățimea benzii interzise de siliciu (eV) de aproximativ jumătate ori mai mult decât cea a germaniului , și, prin urmare, mai puțin curent invers. Germaniu de dispozitive pentru acest motiv, sunt utilizate în răcire și temperatura azotului lichid (77 K) Dispozitivele .Kremnievye sunt cele mai sensibile la radiatii, cu o lungime de undă de 0,8 microni; granița cu unde lungi a acestor dispozitive este de 1,1 μm; sunt utilizate receptoare fotovoltaice specifice de materiale cu un bandgap relativ îngust (InSb și InAs) detectivity D * .Pentru de lucru în regiunea infraroșu. Parametrii fotodetector realizate din antimonid indiu, următoarele: sensibilitatea maximă corespunde radiației cu o lungime de undă de 5,5 microni; Detectabilitate specifică D *. Ca convertoare eficiente a energiei solare în energie electrică - electricitate fotoistochnikov - elemente de siliciu aplicate fabricați pe un singur cristal de siliciu, precum și elemente de film pe bază de sulfură de cadmiu. Cerințele principale pentru celulele solare sunt următoarele. Mai întâi, caracteristicile lor spectrale ar trebui să corespundă cel mai mult spectrului radiației solare. Caracteristica spectrală a unui material semiconductor depinde în mare măsură de lățimea benzii interzise. După cum se poate vedea din Fig. 14-11, b, caracteristica spectrală a siliciului este suficient de apropiată de spectrul radiației solare. În măsura în care este necesar pentru a îndeplini aceste cerințe, precum și caracteristicile spectrale ale sulfurii kadmiya.Vtoroe importante cerințe - maxim o eficiență După cum sa menționat mai sus, valoarea unei eficiență depinde de mulți factori ....... Se poate demonstra TL4], că atunci când corespunde sarcinii () Aceasta implică faptul că materialul pentru celula solară ar trebui să aibă o sensibilitate ridicată și o valoare maximă - Aceste condiții, împreună cu prima cerință a caracteristicii spectrale poate determina lățimea optimă decalaj. Optimul din acest punct de vedere este un arseniura de galiu (eV) suficient îndeplinesc aceste condiții de siliciu (eV) și sulfură de cadmiu (eV). Aceste materiale sunt utilizate în principal la fabricarea panourilor solare. Dispozitivul elementului de siliciu a fost prezentat în Fig. 14-8, b. Eficiența bateriilor solare de siliciu atinge 15-19%, iar bateriile bazate pe arsenid de galiu 13%. Dezavantajele acestui tip de celule solare (fabricate pe baza de cristale simple) sunt imposibil de a obține o suprafață mare de lucru (mai mare de câțiva centimetri pătrați), iar raportul scăzut al puterii de la elementul de ieșire greutății sale - aproximativ 50 W / kg. Celulele solare din film pe bază de sulfură de cadmiu au putere mai mare la raportul greutate (aproximativ 200 W / kg) și o suprafață de lucru mai mare, dar la mai mic. N. D. (Aproximativ 8%).







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: