Фізичний принцип роботи фотоелемента

03.04.2017

Перетворення енергії в ФЕП засноване на фотоелектричному ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових структурах при дії на них сонячного випромінювання.

Неоднорідність структури ФЕП може бути отримана легуванням одного і того ж напівпровідника різними домішками (созданиер-n переходів) або шляхом з’єднання різних напівпровідників з неоднаковою шириною забороненої зони — енергії відриву електрона з атома (створення гетеропереходів), або ж за рахунок зміни хімічного складу напівпровідника, що приводить до появи градієнта ширини забороненої зони (створення варизонных структур). Можливі також різні комбінації перерахованих способів.

Ефективність перетворення залежить від електрофізичних характеристик неоднорідною напівпровідникової структури, а також оптичних властивостей ФЕП. серед яких найбільш важливу роль грає фотопроводимость. Вона обумовлена явищами внутрішнього фотоефекту в напівпровідниках при опроміненні їх сонячним світлом.

Основні незворотні втрати енергії в ФЕП пов’язані з:

    відображенням сонячного випромінювання від поверхні перетворювача, проходженням частини випромінювання через ФЕП без поглинання в ньому, розсіюванням на теплових коливаннях гратки надлишкової енергії фотонів, рекомбінацією утворилися фото-пар на поверхнях і в обсязі ФЕП, внутрішнім опором перетворювача, та деякими іншими фізичними процесами.

Для зменшення всіх видів втрат енергії в ФЕП розробляються і успішно застосовується різні заходи. До їх числа відносяться:

    використання напівпровідників з оптимальною для сонячного випромінювання шириною забороненої зони; спрямоване поліпшення властивостей напівпровідникової структури шляхом її оптимального легування і створення вбудованих електричних полів; перехід від гомогенних до гетерогенним і варизонным напівпровідникових структур; оптимізація конструктивних параметрів ФЕП (глибини залягання p-n переходу, товщини базового шару, частоти контактної сітки та ін); застосування багатофункціональних оптичних покриттів, що забезпечують просвітлення, терморегулювання і захист ФЕП від космічної радіації; розробка ФЕП, прозорих в довгохвильовій області сонячного спектра за краєм основної смуги поглинання; створення каскадних ФЕП із спеціально підібраних по ширині забороненої зони напівпровідників, що дозволяють перетворювати в кожному каскаді випромінювання, що пройшло через попередній каскад, тощо;

Також істотного підвищення ККД ФЕП вдалося досягти за рахунок створення перетворювачів з двостороннім чутливістю (до +80 % до вже наявного ККД однієї сторони), застосування люмінесцентно переизлучающих структур, попереднього розкладання сонячного спектру на дві або більше спектральні області за допомогою багатошарових плівкових светоделителей (діхроічних дзеркал) з подальшим перетворенням кожної ділянки спектру окремих ФЕП і т. д.

Фотоелементи промислового призначення

На сонячних електростанціях (СЕС) можна використовувати різні типи ФЕП, однак не всі вони відповідають комплексу вимог до цих систем:

    висока надійність при тривалому (до 25-30 років) ресурс роботи; висока доступність сировини та можливість організації масового виробництва; прийнятні з точки зору строків окупності витрат на створення системи перетворення; мінімальні витрати енергії і маси, пов’язані з управлінням системою перетворення і передачі енергії (космос), включаючи орієнтацію і стабілізацію станції в цілому; зручність техобслуговування.

Деякі перспективні матеріали важко отримати необхідних для створення СЕС кількостях із-за обмеженості природних запасів вихідної сировини або складності його переробки. Окремі методи поліпшення енергетичних і експлуатаційних характеристик ФЕП, наприклад за рахунок створення складних структур, погано сумісні з можливостями організації їх масового виробництва при низькій вартості і т. д.

Висока продуктивність може бути досягнута лише при організації повністю автоматизованого виробництва ФЕП, наприклад на основі стрічкової технології, і створення розвиненої мережі спеціалізованих підприємств відповідного профілю, тобто фактично цілої галузі промисловості, порівнянної за масштабами з сучасної радіоелектронної промисловістю. Виготовлення фотоелементів і складання сонячних батарей на автоматизованих лініях забезпечить багаторазове зниження собівартості батареї.

Найбільш імовірними матеріалами для фотоелементів СЕС вважаються кремній, Cu(In,Ga)Se2 і арсенід галію (GaAs), причому в останньому випадку мова йде огетерофотопреобразователях (ГФП) зі структурою AlGaAs-GaAs.

Сонячна батарея

Фізичний принцип роботи фотоелемента

Дерево з сонячних панелей в Глайсдорфе

Сонячна батарея — кілька об’єднаних фотоелектричних перетворювачів (фотоелементів) — напівпровідникових пристроїв, прямо перетворюють сонячну енергію в постійний електричний струм.

Різні пристрої, що дозволяють перетворювати сонячне випромінювання в теплову і електричну енергію, є об’єктом дослідження геліоенергетики (від геліос грец. ?????. Helios — Сонце). Виробництво фотоелектричних елементів і сонячних колекторів розвивається швидкими темпами в різних напрямках. Сонячні батареї бувають різного розміру: від вбудованих в мікрокалькулятори до займають даху автомобілів і будинків.

Короткий опис статті: сонячні батареї узбекистан

Джерело: Сонячні батареї — Нетрадиційні джерела енергії

Також ви можете прочитати