1 Спектр солнечного излучения в космосе и на земле.

Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллиардов звёзд. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём красные карлики). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза. В случае Солнца подавляющая часть энергии вырабатывается при синтезе гелия из водорода.

Солнечный свет это электромагнитное излучение, исходящее от Солнца. На Земле, наша атмосфера фильтрует солнечный свет, защищая нас от вредного излучения и изменяет цвет солнечного света. Давайте посмотрим на все длины волн света в солнечном излучении.

Как вы, наверное, знаете, огромная температура и давление в ядре Солнца, заставляют превращаться водород в атомы гелия. Часть энергии, из этого слияния, выделяется в форме гамма-лучей. Эти гамма-лучи поглощаются частицами на Солнце, а затем повторно переизлучаются. Фотонам света требуется 200.000 лет, чтобы выбраться из ядра Солнца в пространство.

Поверхность Солнца, называется фотосферой, и именно в фотосфере, свет, наконец, вырывается в космос. Спустя долгое путешествие сквозь Солнце, фотоны теряют энергию и их длина волны изменяется.

Это хорошая новость, иначе развитие жизни на Земле, под постоянным облучением гамма-лучами, было бы затруднительно.

Спектр излучения Солнца это смесь различных длин волн. Тепло, которое мы ощущаем, это инфракрасное излучение с диапазоном длин волн от 1400 нм до 1 мм. Видимый свет, имеет длину волны от 400 до 700 нм.

В космосе, солнечный свет кажется белым, но здесь, на Земле, мы видим его желтым, потому что наша атмосфера отклоняет синие и фиолетовые фотоны.

Ультрафиолетовое излучение, к счастью, поглощается атмосферой Земли, оно довольно опасно для жизни. Спектр Солнечного света непрерывный, и в нем множество темных линий, вызванных поглощением света в холодных слоях его атмосферы.

Вся жизнь на Земле зависит от солнечной радиации. Это основной источник энергии на Земле, он управляет погодой на планете и океанической циркуляцией. Без этого источника энергии, Земля замерзнет.

2 Эффективность идеального солнечного элемента

эффективность - это отношение числа носителей, собранных солнечным элементом, к числу фотонов данной энергии, падающих на солнечный элемент. Ее можно представить либо как функцию энергии, либо как функцию длины волны. Квантовая эффективность равна единице, если были поглощены все фотоны определенной длины волны и собраны все неосновные носители, рожденные этими фотонами. Квантовая эффективность фотонов с энергией меньше энергии запрещенной зоны равна нулю. Кривая квантовой эффективности идеального солнечного элемента приведена ниже.

В то время как кривая идеальной квантовой эффективности имеет квадратную форму, квантовая эффективность большинства реальных СЭ уменьшается в связи с существованием рекомбинации. На квантовую эффективность влияют те же факторы, что и на вероятность разделения носителей. Например, пассивация лицевой поверхности оказывает влияние на носители, рожденные в непосредственной близости от нее, и, так как синий свет поглощается очень близко к поверхности, высокая скорость поверхностной рекомбинации отразится на "синей" части кривой квантовой эффективности. Аналогично и для зеленого света. Большая его часть поглощается в глубине полупроводника, и на вероятность разделения носителей, рожденных зеленым светом, будет влиять низкая диффузионная длина, что скажется на "зеленой" части кривой. Квантовую эффективность можно представить как вероятность разделения электронно-дырочных пар, созданных определенной длиной волны, проинтегрированную по всей толщине устройства и нормированную на число падающих фотонов.

"Внешняя" квантовая эффективность кремниевого солнечного элемента включает отраженный и прошедший свет. Однако практическое значение имеет квантовая эффективность света без отраженной и проходящей компонент. Она называется "внутренней" и представляет собой эффективность, с которой оставшиеся после отражения и пропускания фотоны могут создавать свободные носители. Таким образом, чтобы получить внутреннюю квантовую эффективность, нужно скорректировать кривую внешней квантовой эффективности, измерив отражающую и пропускающую способность СЭ.

3 Спектральная характеристика солнечного элемента.

СЭ предназначен для преобразования энергии оптического излучения с конкретным спектральным составом – спектральным составом

солнечного излучения – в электроэнергию. В связи с этим важной характеристикой СЭ является его спектральная чувствительность. Под спектральной чувствительностью СЭ понимается зависимость тока

короткого замыкания (фототока, напряжения холостого хода) от длины волны падающего монохроматического излучения, нормированная на единицу энергии падающего излучения данной длины волны.

Для понимания причин спектральной селективности СЭ рассмотрим генерацию фототока в СЭ. Оптические излучения различных длин волн проникают на разную глубину и создают свое

распределение рожденных светом пар электрон-дырка. Поэтому величина фототока определятся спектральным составом падающего излучения и пространственным расположением области обеднения – как

было отмечено выше, электрическое поле p-n-перехода разделяет

электроны и дырки, сгенерированные как в слое обеднения, так и на-

ходящиеся не далее диффузионной длины от области пространствен-

ного заряда. Действительно, неосновные носители заряда, генерируемые в пределах диффузионной длины от области пространственного

заряда (ОПЗ), могут диффундировать в эту область и разделятся электрическим полем.

Спектральная чувствительность имеет приблизительно то же значение, что и квантовая эффективность. Разница заключается в том, что если квантовая эффективность дает число электронов на выходе из СЭ, отнесенное к числу падающих фотонов, то спектральная чувствительность - это отношение тока, произведенного СЭ, к мощности падающего на него излучения.

4 Вольт-амперная характеристика солнечного элемента.

Уравнение описывает вольт-амперную характеристику

(ВАХ) идеального СЭ При освещении все точки кривой 1 рисунка сдвигаются на одну и ту же величину тока короткого замыкания SC J . Для идеального СЭ ток короткого замыканияSC ph J J .

Вольт-амперная характеристика идеального солнеч-

ного элемента (первый квадрант): 1 – в темноте; 2 – при освещении

С учетом сказанного выше, эквивалентная схема идеального СЭ

представляет собой параллельно соединенные генератор тока и иде-

альный диод