2. Сурет. Зерттелетін элементтің әр түрлі жарықтандыру кезіндегі жарықтық вас-ы.

3. Сурет. Зерттелетін элементтің жүктемелік вас-сы

Жүктемеде бөлінген электрлік қуат мына формула бойынша анықталады (1.6 формуладағы бірліктерге байланысты):

, (1.8)

Қысқа тұйықталу және бос жүріс режимдерінде Р=0, өйткені U_н және I_н нөлге тең. Р мәні P_max – тың максималды мәніне жететін жарықтандырудың әрбір деңгейі үшін R_н=R_опт бірнеше оңтайлы мәні болады. Максимум қуаттың шартын (1.7) формулаға қоя отырып алуға болады:

мұндағы, Uн=Uопт- оптималды жүктемедегі кернеу. Алгебралық түрлендірулер мен логарифмдеу арқылы мынаны аламыз:

,

Формуланың сол жағындағы бөлігі U_x.x (1.5 формула) екенін байқаймыз, бұдан

(1.9)

(1.9) формула U_опт-ді тізбектей жақындау әдісімен анықтауға мүмкіндік береді. Оң бөлігінің бірінші жақындауы ретінде.

Екі рет есептеу шынайы төрт белгілі сан алуға жеткілікті. I_опт мәні U_опт-ны (1.7) теңдеуі мен (1.4) теңдеуі арқылы анықталады:

, (1.10)

Одан кейін R_опт=U_опт/I_опт және P_max анықтаймыз. (екінші ретті аз деп қарастырып, бірақ оны былай есептейміз U_опт/U_xx1):

, (1.11)

1.3 суретінде тікбұрыштың штрихталған аймағы P_max –ға тең.Жүктемелі ВАС-ның “сапасы” жоғары болған сайын оның формасы тікбұрышқа жуық болып келеді.ВАС-ның “сапасын” анықтайтын параметр болып ВАС-ның толтыру факторы() болып табылады:

, (1.12)

(1.11) теңдеуін былай жазуға болады: , (1.13)

Мұндағы, , (1.14)

Сыртқы тізбекпен p-n ауысуының оптималды келісілген бір жұтылған фотоны жүктемеде есептеуімен бөлінуі кезіндегі энергия болады. Е_max мәніне әсер етуші факторларды қарастырайық. Бұл үшін (1.5) теңдеуінің көмегімен U_xx бөліп аламыз:

және

Келесі түрде(жалпы теңдеу үшін A=1): ,

Ауыстыру арқылы ,тік жақшалардағыны логарифмдейміз және мына формуланы қоса ( , (1.*)).

Сонда,

, (1.15)

Енді (1.14) теңдеуін былай жазуға болады: , (1.16)

(1.16) теңдеуінен қарасақ, E_max -ның жоғарғы шегі шала өткізгіштің тыйым салынған зона ені E_g болып табылады.Ол электрон-кемтік жұбының бір фотоны генерацияланған потенциалды энергиясының мәнін анықтайды.Негізінде h=E_g кванттық энергиясы шала өткізгішпен жұтылуы мүмкін.Бірақ бұл кванттардың энергиясы келісілген жүктемеде толығымен қолданылмайды.(1.16) теңдеудің оң жақ бөлігіндегі екінші мүшесі фундаменталды сипаттамасының шығынын көрсетілген, p-n ауысуымен күн элементінің ПӘК-нің шегін сипаттайды.Фигурная жақшадағы(кТ-мен көбейтілген) алғашқы екі шығын U_k мәні E_g/q -дан аз екенін көрсетеді.« U_k-дағы шығыны» валенттік зонаның қабаттына және шала өткізгіштің өтізгіштік зонасына байланысты, сондай-ақ p-n ауысуындағы негізгі заряд тасымалдаушылары n және p концентрациясына байланысты.

Үшінші қарастырылатын факт, U_xx<U_k. «U_xx-дағы шығыны» негізгі заряд тасымалдаушылар концентрациясына және p-n ауысуындағы негізгі емес заряд тасымалдаушылар n және p-ның электрофизикалық параметрлеріне(қозғалғыштық,диффузиялық ұзындық) байланысты.Төртінші қарастырылатын «U_опт-дағы шығын».Олар алдындағы үш жағдайға( U_опт-ға қатысты 1.9) байланысты және U_опт<U_xx фактын көрсетеді.Сонымен,бесінші қарастырылатын(кТ 1-ге көбейтілген) оны “оптималды токтың шығыны ” деп қарастыруға болады,ол мынаған байланысты: жарықтандырылған p-n ауысуындағы оптималды жүктемелі ВАС-ның оптималды тогы фототоктан аз(I_опт –ға қатысты 1.10 теңдеуі).

Күн элементін зерттеу үшін,жарықтанатын деңгейіне байланысты p-n ауысуының фотоэлектрлік құрамын анықтау қажет.Фотогенерацияланған ток тасымалдаушы саны негізгі тасымалдаушылардан саны әлдеқайда аз болады,жарықты варьирлеуші тура пропорционалды өзгереді және фототоктың қабатын i_ф көрсетеді.

Есептеулердің көрсетуі бойынша,пайдалы энергия E_max жарық деңгейі i_ф өскен сайын өседі.Бұл U_xx және U_опт өсуіне байланысты, i_ф мәніне i_опт мәні жақындауына байланысты.

p-n ауысуының ПӘК-і монохроматты сәулеленудің фотоэлектрлік түрленуі сияқты E_max түрінде бір фотон жұтылуымен h сипатталады :

, (1.17)

p-n ауысуының “монохроматты” ПӘК-ті фототок пен жарықтандыру өскеніне байланысты өседі.

Күн элементіне вольтметр,амперметр жалғау схемасы.

1-сурет Күн элементіне вольтметр,амперметр жалғау схемасы,мұндағы “V”-вольтметр, “A”-амперметр, “R”-реостат немесе кернеу реттегіш.

Шынайы күн элементінің сипаттамасында тізбектей R_п жалғанған,ол p және n аумақтарындағы тізбектей қосылған кедергі элементтері арқылы орындалып отырады.Сондай-ақ,шунттаушы кедергі R_ш қосылған,ол p-n ауысуына параллельді кедергі бойынша өткен токтың құлау(утечки) жоғарылығын және қалыңдығын көрсетеді.

а

а-суретінде күн элементінің эквивалентті схемасы,

б-суретінде күн элементінің өлшеуіш электрлік схемасы.

күн элементінен шыққан қуат P,мынадай формуламен анықталады:

P=(I_нU_н)_max=I_к.зU_х.х,

мұндағы,  -ВАС-ның толтыру коэффициенті.Оның жалпы шамасы   0,80,9.

Қазіргі кремний күн элементінің ПӘК-н мынадай формуламен анықтаймыз: