Зависимость характеристик солнечных батарей от освещенности. Эффективность преобразования солнечного света в электрический ток, страница 4

4. Спектральная характеристика фотоэлемента.

Спектральная характеристика фотоэлемента это зависимость тока короткого замыкания от длины волны падающего света. Для кремниевого фотоэлемента максимум спектральной характеристики почти соответствует максимуму спектрального распределения энергии солнечного света (рис. 5). Именно поэтому кремниевые фотоэлементы широко используются для создания солнечных батарей.

Рис. 5. Спектр Солнца (Т ≈ 5800 К), спектр света лампы (Т ≈ 2000 K) и спектральная чувствительность кремниевой солнечной ячейки.

Спектр лампы и Солнца отличаются тем, что у Солнца больше коротковолнового излучения (с большей энергией), а у лампы больше длинноволновая составляющая. Таким образом, лампа сильнее нагревает фотоэлемент, поэтому ее свет дает меньший ток короткого замыкания и, соответственно, меньший КПД.

Если энергия кванта света меньше ширины запрещенной зоны, то фотоэффекта не будет вовсе, поэтому существует минимальная энергия (или максимальная длина волны), при которой эффект ещё наблюдается. Для  кремния Si ширина запрещенной зоны E_g=1,1 эВ, что соответствует длине волны λ_max=1,3 мкм и частоте ν=2,5·10¹⁴ Гц.

5. Зависимость I_к.з. и U_хх от температуры.

С повышением температуры фотоэлемента происходит: а) понижение потенциального барьера (уменьшатся ширина запрещенной зоны) и б) увеличивается количество основных носителей, имеющих бо́льшую энергию, т.е. происходит перераспределение носителей по уровням. Понижение барьера приводит к понижению напряжения холостого хода (а также тока короткого замыкания) – уменьшается площадь под ВАХ – уменьшается КПД фотоэлемента (рис. 6).

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика солнечной батареи: a) с охлаждающим вентилятором, b) без охлаждающего вентилятора, c) при экранировке стеклянным колпаком.

Порядок выполнения работы

1. Определение интенсивности света на разных расстояниях от лампы.

Установить датчик интенсивности (ДИ) в держатель. Поместить держатель на линейку на расстоянии 1 м от лампы. Снять с разъемов датчика заглушки. Подключить разъемы датчика к мультиметру - к разъемам «com» и «VΩHz». Перевести мультиметр в режим измерения напряжения – повернуть ручку предела шкалы на отметку «200 mV».

Включить лампу и мультиметр. Изменяя расстояние (r) от датчика до лампы от 1 м до 50 см с шагом 5 см, измерить интенсивность света (J), т.е. снять показания вольтметра в соответствующих шагу положениях (U_J), а затем поделить их на чувствительность фотодетектора (0,16 мВ/мВт) и площадь солнечной батареи (50 см²). Данные занести в таблицу 1. Выключить лампу и мультиметр. Построить график J от r, где r меняется от 5 до 100 см. РАССТОЯНИЕ НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ МЕНЬШЕ 50 см! Для расстояний меньше 50 см интенсивность находят экстраполяцией графика J от r.

Табл. 1.

r, см	UJ, В	J, Вт/м2	Uхх, В	Iкз, мА

2. Измерение зависимости U_хх от освещенности.