1.2 Основные характеристики и параметры

Вольт-амперные характеристики. Режиму работы фото p-n-перехода (режиму генерации фото-э.д.с.) при разных освещенностях или световых потоках соответствуют части вольт-амперных характери­стик, расположенные в

четвертом квадранте (рис.4.9). Точки пересечения вольт-амперных характеристик с осью напряжения со­ответствуют значениям фото-э.д.с. или напряжениям холостого хода при разных освещенностях. У кремниевых фото p-n-переходов фото-э.д.с. 0,5 – 0,55 В. Точки пересечения вольт-амперных характеристик с осью токов соответ­ствуют значениям токов короткого замыкания, которые зависят от пло­щади выпрямляющего электрического перехода

Рис.4.9. ВАХ фото p-n –перехода при различных световых потоках

У кремниевых фото p-n-переходов плотность тока короткого замыкания при средней освещенности солнечным светом 20 – 25 мА/см². Для кремниевых фотоэлементов при оптимальной нагрузке напряже­ние на нагрузке 0,35 – 0,4 В, плотность тока через фотоэлемент 15 – 20 мА/см².

В средних широтах кремниевые солнечные батареи позволяют получать с 1 м² электроэнергию от 80 до 100 Вт.

Широкое применение кремния для солнечных батарей определяется тем, что кривые поглощения кремния (аналогично и GaAs) имеют максимум в районе максимума спектра солнечного света

Из фото p-n-переходов, путем их последовательного и параллельного соединения, создаются солнечные батареи, которые обладают сравнительно высоким КПД (до 20%) и могут развивать мощность до нескольких киловатт. Солнечные батареи из кремниевых фотоэлементов являются основными источниками питания на искусственных спутниках Земли, космических кораблях, автоматических метеостанциях и др. Практическое применение солнечных батарей непрерывно расширяется.

Световые характеристики фото p-n-перехода (фото­элемента) — это зависимости фото-э.д.с. (рис. 4.8) и тока короткого замыка­ния от светового потока или от осве­щенности (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Световая характеристика фото p-n-перехода	Рис. 4.11 Усредненные спектральные характеристикм различных фотоэлементов

Спектральная характеристика фото p-n-перехода (фотоэлемента) — это зависимость тока короткого замыкания от длины волны падающего света.

Коэффициент полезного действия фото p-n-перехода (фотоэлемента) — это отноше­ние максимальной мощности, которую можно получить от p-n-переход, к полной мощности лучистого потока, падающего на рабочую поверхность p-n-переход:

К основным процессам, приводящим к уменьшению к.п.дфото p-n-переходов, относят:

-отражение части излучения от поверхности полупроводника, фотоэлектрически неактивное поглощение кван­тов света в полупроводнике (без образования пар носителей элек­трон-дырка);

-рекомбинацию неравновесных носителей еще до их разделения электрическим полем выпрямляющего электрического перехода (особенно на поверхности кристалла полупроводника);

-потери мощности при прохождении тока через объемное сопротив­ление областей p-n-перехода.

В результате к.п.д. кремниевых фото p-n-переход (фотоэлементов) при преобразо­вании солнечного света в электрическую энергию не превышает в настоящее время 20%. Однако его можно существенно повысить, используя в качестве исходного полупроводника теллурид кадмия, арсенид галлия и другие материалы с несколько большей шириной запрещенной зоны по сравнению с кремнием, а также используя фотоэлементы на основе гетеропереходов.