Основные принципы работы солнечных батарей. Простейшая конструкция солнечного элемента СЭ - прибора для преобразования энергии солнечного излучения - на основе монокристаллического кремния.
На малой глубине от поверхности кремниевой пластины р-типа сформирован р-п-переход с тонким металлическим контактом.
На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт. Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в р-слое вблизи р-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область.
Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в р-слой рис. 2 а. В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а р-слой - положительный.
Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между р- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение рис. 2 6 . Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а р-слой - положительному.
Величина установившейся фотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт-амперной характеристики ВАХ где Is- ток насыщения, a Iph фототoк.
ВАХ поясняет эквивалентная схема фотоэлемента рис. 4 , включающая источник тока ph SqN0Q, где S - площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q- безразмерный множитель 1 , показывающий, какая доля всех созданных светом электронно-дырочных пар 5 собирается р-n-переходом. Параллельно источнику тока включен р-n-переход, ток через который равен Is e4u kT-1 . р-n-Переход шунтирует нагрузку, и при увеличении напряжения ток через него быстро возрастает.
В нагрузку сопротивление R отбирается ток. Уравнение ВАХ справедливо и при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава, изменяется лишь значение фототока Iрh. Максимальная мощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режиме, отмеченном точкой а. Максимальная мощность, снимаемая с 1 см2, равна где Ј - коэффициент формы или коэффициент заполнения вольт амперной характеристики, IКЗ - ток короткого замыкания, Uxx -напряжение холостого хода. 4.