Глобальная энергия

Принципы работы солнечных элементов

☀️ В основе работы солнечных элементов (СЭ) лежит фотоэлектрический эффект, состоящий в том, что при поглощении света активном слое появляются носители тока – электроны и дырки, которые собираются на электродах элемента, т.е. дырки идут на анод, а электроны двигаются на катод. В неорганических солнечных элементах такое разделение зарядов выполняют с помощью p-n или гетеропереходов. Типичная вольт-амперная характеристика (ВАХ) СЭ при освещении показана на этом рисунке. СЭ выдает максимальную электрическую мощность Pм в точке максимальной мощности ВАХ, отвечающей максимуму произведения тока СЭ на напряжение на нем. Точку максимальной мощности удобно находить через безразмерный фактор заполнения (ФЗ) ВАХ, который определяют как отношение площадей двух прямоугольников: ФЗ=Pм/(VxxIкз), где Vхх – напряжение холостого хода, Iкз – ток короткого замыкания СЭ. Таким образом, максимальная электрическая мощность СЭ определяется произведением трех основных параметров Pм=ФЗ Vxx Iкз.

👉 Очевидно, что для достижения максимального кпд необходимо стремиться максимизировать все эти три основных параметра. ФЗ ограничен потерями зарядов на рекомбинацию и в оптимальных СЭ может превышать 90%. Максимальные Iкз и Vxx для полупроводникового СЭ определяется фактически шириной запрещенной зоны (оптической щели), Δ, используемых полупроводниковых материалов. При этом, чем меньше Δ, тем больше поглощается фотонов, отвечающих различным длинам волн солнечного спектра и соответственно выше Iкз, но при этом меньше Vxx, максимальное значение которого задается величиной Δ. Поэтому для полупроводникового СЭ с одним активным слоем имеется оптимальное значение Δ, при котором достигается максимальное произведение Vxx Iкз, а значит и кпд СЭ. Для стандартного солнечного спектра (АМ1.5G) оптимальная величина Δ отвечает ближнему ИК-диапазону, при этом такие материалы как Si и GaAs имеют практически идеальную величину Δ. Для активного слоя СЭ из полупроводника с оптимальной Δ, в котором поглощение фотона приводит к появлению электронов и дырок, максимально возможное кпд при стандартном солнечном освещении в земных условиях, т.е. для спектра АМ1.5G при интенсивности излучения 100 мВт/см2, составляет величину около 30%, называемую пределом Шокли-Куиссе.

Окончание следует

Telegram

Глобальная энергия

Вольтамперная характеристика солнечного элемента (батареи) при освещении. Площадь закрашенного прямоугольника отвечает максимальной мощности Pм

👉 В развитие темы

www.group-telegram.com/cn/globalenergyprize.com/7852

428 viewsSep 18 at 15:01

Принципы работы солнечных элементов

☀️ В основе работы солнечных элементов (СЭ) лежит фотоэлектрический эффект, состоящий в том, что при поглощении света активном слое появляются носители тока – электроны и дырки, которые собираются на электродах элемента, т.е. дырки идут на анод, а электроны двигаются на катод. В неорганических солнечных элементах такое разделение зарядов выполняют с помощью p-n или гетеропереходов. Типичная вольт-амперная характеристика (ВАХ) СЭ при освещении показана на этом рисунке. СЭ выдает максимальную электрическую мощность Pм в точке максимальной мощности ВАХ, отвечающей максимуму произведения тока СЭ на напряжение на нем. Точку максимальной мощности удобно находить через безразмерный фактор заполнения (ФЗ) ВАХ, который определяют как отношение площадей двух прямоугольников: ФЗ=Pм/(VxxIкз), где Vхх – напряжение холостого хода, Iкз – ток короткого замыкания СЭ. Таким образом, максимальная электрическая мощность СЭ определяется произведением трех основных параметров Pм=ФЗ Vxx Iкз.

👉 Очевидно, что для достижения максимального кпд необходимо стремиться максимизировать все эти три основных параметра. ФЗ ограничен потерями зарядов на рекомбинацию и в оптимальных СЭ может превышать 90%. Максимальные Iкз и Vxx для полупроводникового СЭ определяется фактически шириной запрещенной зоны (оптической щели), Δ, используемых полупроводниковых материалов. При этом, чем меньше Δ, тем больше поглощается фотонов, отвечающих различным длинам волн солнечного спектра и соответственно выше Iкз, но при этом меньше Vxx, максимальное значение которого задается величиной Δ. Поэтому для полупроводникового СЭ с одним активным слоем имеется оптимальное значение Δ, при котором достигается максимальное произведение Vxx Iкз, а значит и кпд СЭ. Для стандартного солнечного спектра (АМ1.5G) оптимальная величина Δ отвечает ближнему ИК-диапазону, при этом такие материалы как Si и GaAs имеют практически идеальную величину Δ. Для активного слоя СЭ из полупроводника с оптимальной Δ, в котором поглощение фотона приводит к появлению электронов и дырок, максимально возможное кпд при стандартном солнечном освещении в земных условиях, т.е. для спектра АМ1.5G при интенсивности излучения 100 мВт/см2, составляет величину около 30%, называемую пределом Шокли-Куиссе.

Окончание следует

BY Глобальная энергия