ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НЕТРАДИЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Вольт-амперная характеристика солнечного элемента

Разделение носителей в барьерном слое приводит к генерации солнечным элементом фототока, соответственно ток через солнечный элемент можно рассматривать как суперпозиции двух токов: темнового и светового. Соответственно для идеального солнечного элемента с электронно-дырочным переходом ВАХ можно записать в следующем виде:

Откуда, если положить ток равным нулю, можно получить выражение для напряжения холостого хода:

Для того  чтобы в нагрузке выделялась максимальная мощность, необходимо чтобы ее сопротивление было согласовано с параметрами солнечного элемента. Максимальная выделяемая в нагрузке мощность Pm будет равна площади максимального прямоугольника, который можно вписать в пространство, охватываемое ВАХ солнечного элемента (см. нижний правый рисунок - кривая 1).

Отношение максимальной мощности в нагрузке к произведению UХХ·IКЗ (площадь охватывающего ВАХ прямоугольника) обозначается FF (fill factor), и называется коэффициентом заполнения:

FF = Pm / (UХХ·IКЗ).

Нагрузочная характеристика солнечного элемента: 1 - идеального, 2 - при конечных значенях шунтирующего барьер и последовательного сопротивлений Коэффициент полезного действия солнечного элемента, равный отношению электрической мощности в согласованной нагрузке к мощности падающего излучения:

Как видно из приведенной формулы, КПД зависит от вида ВАХ: чем ближе ВАХ к прямоугольной, тем выше КПД.

В реальных солнечных элементах всегда существует включенные последовательно с барьером контактное сопротивление и сопротивление толщи материала, которые можно представить некоторым эквивалентным сопротивлением RS. С учетом этого сопротивления, шунтирующего сопротивления RP, а так же генерационно-рекомбинационного тока ВАХ СЭ запишется в следующем виде:

В идеальном случае J0 = 0, RP = ¥.

Эквивалентная схема солнечного элемента Наличие последовательного и шунтирующих сопротивлений будет приводить к уменьшению коэффициента заполнения и соответственно к уменьшению выходной мощности (см. верхний рисунок - кривая 2). Эквивалентная схема солнечного элемента представлена на левом рисунке.

На основе этой эквивалентной схемы можно записать уравнение, связывающее параметры солнечного элемента при заданном значении фототока IL:



 Работа над темой