Вентильный фотоэлемент
Действие вентильного фотоэлемента основано на вентильном фотоэффекте. В вентильном фотоэлементе энергия света непосредственно преобразуется в энергию электрического поля.
Основными промышленными типами вентильных фотоэлементов являются селеновые и сернисто-серебряные фотоэлементы. В вентильных фотоэлементах используется также кремний, германий и соединения: GaAs, InSb, CdTe, InP и другие.
На рис. 2.5 дано также условное обозначение вентильного фотоэлемента.
а б
Рис. 2.5. Условное обозначение вентильного фотоэлемента (а) и его схематическое устройство (б):
1 – контактная пластина (подложка),
2 – полупроводник с p-n- переходом,
3 – полупрозрачный металлический переход,
4 – прижимной контактный электрод.
Основные характеристики вентильных фотоэлементов
Каждый вентильный фотоэлемент характеризуется рядом параметров и характеристик, определяющих не только его свойства, но и пределы его применимости в технике. К основным относятся: вольтамперная, световая, частотная и спектральная характеристики, интегральная и спектральная чувствительность, КПД.
Остановимся лишь на тех характеристиках, которые подлежат практическому изучению в данной работе.
1. Вольтамперная характеристика выражает зависимость тока нагрузки iн от напряжения на фотоэлементе Uн при включении его на различные нагрузочные сопротивления при постоянной освещенности Е:
iн = f(Uн)E=const. (2.1)
Типичная вольт- амперная характеристика (ВАХ) приведена на рис. 8.
Точка пересечения ВАХ с осью токов (Rн=0) соответствует току короткого замыкания iкз (рис. 2.6). Точка пересечения ВАХ с осью напряжений (
) соответствует напряжению холостого хода Uхх или фото-ЭДС элемента (рис. 2.6).
2. Световые (интегральные) характеристики выражают фото-ЭДС, тока короткого замыкания и тока нагрузки от освещенности или светового потока:
Uхх=f(E), iкз=f(E), iн=f(E). (2.2)
3. Коэффициент полезного действия (КПД) – отношение мощности, выделяемой фотоэлементом на нагрузке, к падающему энергетическому потоку Фэ:
, (2.3)
где Фэ – энергетический поток.
Значения КПД определяются применяемыми материалами и конструкцией фотоэлемента, а также выбором режима его работы (Rн, E, T).
Потери энергии, возникающие при преобразовании энергии излучения в электрическую энергию, могут быть подразделены на энергетические и световые потери.
Световые потери – это, прежде всего, потери на отражение светового потока от поверхности фотоэлемента. Они обусловлены также электрически негативным поглощением света: экситонным поглощением, образованием фотонов, поглощением с возбуждением внутризонных переходов и др.
Энергетические потери – потери количества созданных светом пар электронов и дырок или переносимой ими энергии. Эти потери обусловлены рекомбинацией носителей, не дошедших до p-n–перехода. Кроме того, если энергия кванта света значительно превышает ширину запрещенной зоны (hn>DW), то избыточная часть поглощаемой энергии (hn-DW) растрачивается на нагревание фотоэлемента.
В настоящее время созданы фотоэлементы, позволяющие преобразовать солнечную энергию в электрическую с КПД до 20 %. КПД селеновых фотоэлементов не превышает 1%.
Экспериментальная часть работы
1. Ознакомьтесь с правилами пользования микроамперметра М 195/1 (приложение 1).
2. Микроамперметр М 195/1 освобождается от арретира только после окончательной расстановки приборов. В этом состоянии микроамперметр переносить и передвигать нельзя! В случае такой необходимости его надо арретировать. Нельзя нагружать микроамперметр в арретированном состоянии. Поскольку величина тока iн нагрузки неизвестна, сначала будете устанавливать микроамперметр в грубом режиме работы (переведите переключатель из положения «арретир» в положение «х100»). Если при этом отклонение указателя будет мало, перейдите к более чувствительному режиму работы (переведите переключатель из положения «х100» в положение «х10»). По окончании работы микроамперметр обязательно арретируйте.
3. Крышку с фотоэлементаснимайтетолько на время измерения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.