МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

^{«Северо-Кавказский государственный технический университет»}

^{Кафедра «НТМЭТ»}

Лабораторная работа №1

« ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ Si»

Выполнил студент 3 курса группы ХМ-091

Редькин А. П.

Преподаватель: Штаб А.В.

Ставрополь, 2012 г.

1. Цель и содержание: Изучить принципы работы солнечного преобразователя на основе Si.

2. Теоретическое обоснование: В связи с наметившейся в последние годы необходимостью в новых экологически чистых источниках энергии, ведется большое количество исследований, связанных с разработкой источников дешевой энергии и преобразованием природных видов энергии в электрическую. К таким источникам относятся, в частности, солнечные преобразователи. Функционирование солнечных преобразователей имеет ряд особенностей, исследование которых является задачей данной лабораторной работы

Рисунок 2.1 - Солнечный преобразователь: а) конструкция прибора (сверху вниз—стеклянная пластина, через которую проходит солнечный свет, собирающий электрод, тонкая n-области p-область, собирающий электрод): б) упрощенная диаграмма энергетических зон освещенного /n-перехода, нагруженного на резистор R; в) вольт-амперная характеристика (кривая 1 - темновой режим, 2 - режим освещения; IV квадрат соответствует фотовентильному режиму работы

Фотогалъванический режим работы освещаемого р-п-перехода

Солнечный преобразователь представляет собой диод с p-n-переходом большей площади, способный преобразовывав энергию падающего солнечного излучения в энергию электрического тока с КПД, достигающим 20%.

Если солнечный свет с энергией кванта, равной или превышающей Е падает на n-слой p-n-перехода, то в обедненной области образуются электронно-дырочные пары. Существующее в этой области внутреннее электрическое поле заставляет электроны двигаться по направлению к n-области, а дырки к p-области. Если имеется цепь нагрузки, то в ней под действием света возникает некоторый ток Jcb.

Будем считать, что при отсутствии освещения солнечный элемент имеет ВАХ (вольт-амперная характеристика) идеального диода

Если подать освещение, то:

где k = 1,380662 10^-23; е = 2,7; T - температура, К.

Причем, знак тока Jcb взят отрицательно, так он создан неосновными носителями и направлен в противоположную сторону. На рис.2 в показана ВАХ солнечного преобразователя, полученная из характеристики в темновом режиме вычитанием величины Jcb.

Из формулы (2.2) можно найти напряжение, которое возникает в разомкнутой цепи (режим холостого хода) при 0:

И ток короткого замыкания при U=0:

При подключении к освещенному переходу нагрузочочного резистора в переходе возникает фото-ЭДС, значение которой меньши U . Через переход протекает диффузионный ток:

Учитывая внутреннее сопротивление преобразователя для r для напряжения на нагрузке, имеем:

Мощность в нагрузке:

Условия максимума мощности:

Методика и порядок выполнения работы

Рисунок 2.2 - Схема проведения эксперимента

Схема состоит из осветителя 1, освещающего фотопреобразователь 2 который нагружен на резистор R_H напряжение с резистора подается на измерительный прибор.

1. При проведении измерений заполняется таблица 2.1.

2. По результатам измерении строится зависимость Р(RH ) и определяется точка максимума и соответствующее значение RH.

3. Определяется Ux и Jкз (при использовании резистора с минимальным номиналом).

4. Вычисляется по полученным значениям J_св и J_s в соответствии с формулами (2.3, 2.4).

5. По формуле (1.6) рассчитывается внутреннее сопротивление r.

6. По результатам измерений Jсв Js проводится графическое решение уравнения (2.8) для определения тока Jм

7. Построить зависимость мощности выделяемой на нагрузки от величины сопротивления нагрузки P(RH).

Номер измерения Сопротивление нагрузку Напряжение нагрузки Мощность

№ RH, Ом UH, В P, Вт