Модуль накопичення енергії системи енергозабезпечення космічного апарату, страница 5

Расчет фотоэлемента заключается в определении его оптимальных размеров, сопротивления растекания, построении вольт-амперных характеристик и нахождении других параметров. Рассмотрим расчет кремниевого фотоэлемента с базой, обладающей проводимостью р-типа и контактом на освещаемой поверхности в виде узкой полоски металла. Рабочая поверхность фотоэлемента снабжена однослойным просветляющим покрытием и терморегулирующим покрытием. Рассмотрим порядок расчета фотоэлементов.

Выпишем основные константы, необходимые при расчете:

постоянная Планка  Дж с;

постоянная Больцмана  Дж/К;

скорость света  см/с;

температура Солнца   К;

постоянная Стефана-Больцмана  ;

квадрат отношения радиуса Солнца к расстоянию от Солнца до Земли  ;

заряд электрона  Кл;

масса электрона  кг;

солнечная постоянная на орбите Земли  ;

ширина запрещенной зоны   Дж;

диэлектрическая проницаемость 

показатель преломления полупроводника  ;

граница поглощения по частоте падающего излучения  ;

параметр  ;

относительная эффективная масса электронов  ;

подвижность электронов при   ;

постоянный параметр  ;

постоянный параметр  ;

коэффициент диффузии электронов при   ;

время жизни электронов  с;

подвижность дырок при   ;

коэффициент диффузии дырок при   ;

скорость поверхносной рекомбинации в переднем слое  ;

диффузионная длина электронов в базе  ;

диффузионная длина дырки в базе  ;

концентрация собственных носителей при   ;

время жизни дырки  с;

удельное сопротивление переднего слоя  Ом см;

сопротивление переднего слоя, комплекс  Ом;

Расчет коэффициента b_отр учитывающего снижение фотона из-за отражения света от поверхности фотоэлемента

Коэффициент  учитывает снижение фототока из-за отражения света от поверхности фотоэлемента. Определим комплекс

                                                 ,                          (1.13)

где -показатель преломления среды, из которой падает свет. В нашем случае это терморегулирующее покрытие 

.

В диапазоне пропускания фотоэлемента ищем такую длину волны, на которой спектральная плотность излучения имеет максимальное значение. В указанном диапазоне длин волн для кремния это соответствует мкм. На этой длине волны есть смысл просветлять фотоэлемент, т.е. выбрать мкм.

Определим параметр :

                                                       ;                                (1.14)

.

Коэффициент  определяется по формуле:

                            ,     (1.15)

где

                     ,                                                                     (1.16)

21.285,

                     ,                                                                     (1.17)

72.95,

.

Расчет коэффициента b_погл, учитывающего поглощение фотонов свободными носителями

Коэффициент  учитывает поглощение фотонов свободными носителями. Расчет выполняется по формуле:

                                           ,                    (1.18)

где  см- толщина переднего n-слоя;

- концентрация доноров в переднем слое.

.

Расчет коэффициента b_б определяющего рекомбинационные потери в базе

Коэффициент  определяет рекомбинационные потери в базе. Выполняется по формуле для кремния:

                                      ,              (1.19)

где ,

,

.

Расчет коэффициента b_пер определяющего рекомбинационные потери в переднем слое

Коэффициент  определяет рекомбинационные потери в переднем слое. Выполняется по формуле

,    (1.20)

где

,                               (1.21)

.

Е- напряженность электрического поля в переднем слое, возникающая при образовании  n-p-перехода. Для кремния .

-скорость поверхностной рекомбинации в переднем слое. Для кремния  см/с.

.

Определение коэффициента полезного использования фотонов в ФЭ

,             (1.21)

- коэффициент, учитывающий отражение света от контактов на переднем слое. Обычно 

.

Расчет величины плотности фототока I_ф