41. Күн элементтерінің құрылысын және вольтамперлік сипттамасын сызыңыз

• 1.свет (фотоны)

• 4.слой p-n перехода

• 2.фронтальный контакт

• 5.позитивный слой

• 3.негативный слой

• 6.задний контакт

Пока солнечный элемент освещается, процесс образования свободных электронов продолжается и генерируется электричество. Материалы, из которых делается элемент - это полупроводники с особыми свойствами.

Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) - прибора для преобразования энергии солнечного излучения - на основе монокристаллического кремния показана на рис. 1. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

Рис.2. Зонная модель разомкнутого p-n-перехода: а) - в начальный момент освещения; б) - изменение зонной модели под действием постоянного освещения и возникновение фотоЭДС

Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (рис. 2а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой - положительный. Снижается первоначальнаяконтактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. 2б). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой - положительному.

Величина установившейся фотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт-амперной характеристики (ВАХ) (рис. 3): U=(kT/q)ln((I_ph-I)I_s/+1) где I_s- ток насыщения, а I_ph - фототок.

Рис.3. Вольт-амперная характеристика солнечного элемента

ВАХ поясняет эквивалентная схема фотоэлемента (рис. 4), включающая источник тока Iph=SqN₀Q, где S - площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q - безразмерный множитель (<1), показывающий, какая доля всех созданных светом электронно-дырочных пар (SN0) собирается p-n-переходом. Параллельно источнику тока включен p-n-переход, ток через который равен Is[e^qU/kT-1]. p-n-Переход шунтирует нагрузку, и при увеличении напряжения ток через него быстровозрастает. В нагрузку (сопротивление R) отбирается ток I.

Уравнение ВАХ справедливо и при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава, изменяется лишь значение фототока Iph. Максимальная мощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режиме, отмеченном точкой а (см. рис. 3).

42, Қоспалардың болаттың сапасына әсері туралы, 43 Тұрақты қоспалар: кремний, марганец, сера, фосфор туралы 44 Жасырын қоспалар - газдар (азот, оттегі, сутегі). Арнайы қоспалар. Кездейсоқ қоспалар туралы жазыңыз

Болаттардың құрамында әрқашан 4 топқа бөлінетін қоспалар болады.

1.Тұрақты қоспалар: кремний, марганец, күкірт, фосфор.

Марганец және кремний болатты қорыту процесінде оларды жасыту үшін ендіріледі. Олар оған тығыздық пен біртектілікті береді, беріктетеді, серпімділігін арттырады және қажалуға төзімділігін жоғарылатады.

Марганецтің мөлшері 0,5…0,8 % аспайды. Марганец пластикалылықты төмендетпей, беріктікті ұлғайтады және болаттың күкірттің әсерінен болатын қызылсынғыштығын төмендетеді. Ол FeS темір сульфидінің үлесінің азаюына өз ықпалын тигізеді, себебі күкіртпен қосылып марганец сульфидін MnS түзеді. Марганец сульфидінің бөлшектері жеке қосылулар түрінде орналасады, олар деформацияланады және прокатка бағыты бойымен созылған болады.

Кремнийдің үлесі 0,35…0,4 % көп емес. Кремний металды газдан тазалай отырып, құйманың тығыздығын арттырады. Кремний ферритте ериді және болаттың беріктігін жоғарылатады, әсіресе аққыштық шегі өседі. Бірақ, пластикалылықтың біраз төмендеуі бақыланады, ол өз кезегінде болаттың сүзілу қабілетін төмендетеді.

Болаттағы фосфор құрамы 0,025…0,045 %. Фосфор феррите еріп, кристалдық торды бұрмалайды және беріктік шегі мен аққыштық шегін жоғарылатады, бірақ пластикалылық пен тұтқырлықты төмендетеді.

Дәндердің жанында орналасып, нәзік күйге өту температурасын көтереді, суықсынғыштыққа себепкер болады, сызаттардың таралу жұмысын азайтады. Фосфор үлесін әрбір 0,01 %-ға көбейту суықсынғыштық табалдырығын 20…25^oС көтереді.

Фосфор ликвацияға бейім, сондықтан құйма центрінде кейбір бөлімшелер төмендетілген тұтқырлыққа ие.

Кейбір болаттарда кесумен өңделуді жақсарту үшін фосфордың мөлшерін 0,10…0,15 %-ға дейін көтеруге болады.

S – пластикалылықты, пісірілу қабілетін және коррозияға төзімділікті төмендетеді. Р– кристалдық торды бұрмалайды.

Болаттардағы күкірттің үлесі 0,025…0,06 %. Күкірт – зиянды қоспа, болатқа шойыннан түседі. Темірмен әсерлескенде химиялық қосылыс – күкірт сульфидін FeS түзеді, ол өз кезегінде темірмен балқу температурасы 988^oС оңай балқитын эвтектиканы түзеді. Прокатка немесе ковка кезінде қыздырғанда эвтектика балқиды, дәндер арасындағы байланыс бұзылады. Деформация кезінде эвтектика орналасқан жерде үзілістер мен сызаттар пайда болады, дайындама бұзылады – қызылсынғыштық құбылысы.

Қызылсынғыштық – жоғары температураларда нәзіктіктің өсуі.

Күкірт механикалық қасиеттерді төмендетеді, әсіресе соққылық тұтқырлықты а және пластикалылықты ( және ), сонымен қатар төзімділік шегін азайтады. Ол пісірілу және коррозиялық тұрақтылықты төмендетеді.

2. Жасырын қоспалар - газдар (азот, оттегі, сутегі) – олар болатқа қорыту кезінде енеді.

Азот және оттегі болатта нәзік металл емес қосылулар түрінде болады: оксидтер (FeO, SiO₂, Al₂O₃), нитридер (Fe ₂N), қатты ерітінді түрінде немесе бос күйде болады. Олар ақауларда (раковиналар мен сызаттарда) молекулалық және атомдық газдар түрінде орналасады.

Ену қоспалары (азот N, оттегі О) суықсынғыштық табалдырығын жоғарылатады және нәзік бұзылуға кедергіні төмендетеді. Металдық емес қосылулар (оксидтер, нитридтер) кернеу концентраторлары бола тұрып, төзімділік шегі мен тұтқырлықты азайтуы мүмкін. Сонымен қатар, олар бұйымдардың қызмет ету мерзімін қысқартады.

Болатта еріген сутек өте зиянды болып табылады, ол болатты едәуір нәзіктендіреді. Ол болатпен атомдық күйде жұтылады. Құйманы салықндатқан кезде сутектің ерігіштігі төмендейді де, оның атомдары микропораларда жинақталып қалады. Осының нәтижесінде микропораларда үлкен қысым туындайды. Ол жазылған дайындамалар мен шыңдалған темірде флокендердің пайда болуына әкеледі.

Флокендер – сопақ және дөңгелек пішінді жұқа сызаттар, олар сынықта күміс түсті дақ түрінде болады.

Флокені бар металды өнеркәсіпте қолдануға болмайды, пісіру кезінде балқыған және негізгі металда суық сызаттар түзіледі.

Егер сутек беттік қабатта орналасса, онда ол мм.сын.бағ. вакуумда 150…180 қыздыру нәтижесінде жойылады.

Жасырын қоспаларды жою үшін вакуумдауды қолданады.

3. Арнайы қоспалар – болатқа белгілі қасиеттерді алу үшін арнайы енгізіледі. Қоспалар легирлеуші элементтер, ал болаттар – легирленген болаттар деп аталады.