2.2 Вах освітленого фотоелемента.

Вираз для ВАХ освітленого переходу можна отримати, якщо скористатись представленням про те, що струм, який через нього протікає, представляє собою різницю між генераційними і рекомбінаційними струмами при освітленні і прикладанні напруги U:

. (2.13)

Індекс l в позначенні струму означає світлове його значення. Величина генераційного струму залежить в основному від інтенсивності падаючого світла і слабо змінюється при зміні напруги на переході. Величина рекомбінаційного струму, навпаки, майже не залежить від інтенсивності фото- збудження. Наприклад, при прямій полярності напруги величина рекомбінаційного струму визначається концентраціями носіїв заряду, які під дією цієї напруги перейшли з області, де вони були основними носіями, в ту область переходу, де вони стають неосновними. Враховуючи те, що освітлення не суттєво підвищує концентрацію основних носіїв заряду в кожній із областей р-n-переходу, маємо

. (2.14)

(2.13) перепишемо в такому вигляді

. (2.15)

Тут

, (2.16)

являється величиною фотоструму, який протікає через освітлюваний фотоелемент, який знаходиться при напрузі U, а величина

; (2.17)

являє собою струм насичення, який вимірюється при відсутності фотозбудження і достатньо великій величині напруги U зворотної полярності. Формули (2.15) і (2.16) дають можливість зрозуміти, як змінюється з температурою та інтенсивністю збуджуючого світла струм короткого замикання

; (2.18)

і напруга холостого ходу, визначається рівнянням

. (2.19)

Видно, що із зростанням температури фотоперетворювача теплова генерація вільних носіїв струму стає більш інтенсивною і величина зростає, а I_sc та U_oc при цьому зменшується. Ефективність роботи фотоелемента з підвищенням його температури падає. З іншої сторони, збільшення інтенсивності збуджуючого світла збільшує швидкість оптичної генерації електронно-діркових пар, що призводить до збільшення I_sc та U_oc у відповідності з формулами (2.18) та (2.19).

ВАХ, яка описується (2.15) зображена на рис. 2.3. Слід звернути увагу на те, що деяке зменшення генераційного струму з ростом напруги прямої полярності створює ситуацію, коли величина фотоструму, який протікає через перехід, може бути меншою від величини темнового струму, який реєструється при відповідній напрузі на переході.

В подальшому будемо вважати, що генераційний струм не залежить від напруги. Тоді виконується рівність

. (2.20)

Використовуючи цю рівність і формули (2.15), (2.19), можна отримати залежність струму елемента від прикладеної до нього напруги і ЕРС холостого ходу:

. (2.21)

Змінюючи величину опору навантаження, можна отримати від освітленого елемента напругу, яка змінюється в межах від 0 до U_oc. Існує деяка оптимальна величина опору навантаження фотоперетворювача, при якій потужність його максимальна. Нехай в умовах максимальної потужності фотоелемент розвиває напругу U_m при струмі І_m (рис. 2.3). Відношення між U_m та U_oc можна знайти із умови

. (2.22)

Це дає

. (2.23)

Таким чином, кожному значенню ЕРС холостого ходу відповідає визначена величина U_m. Визначивши струм I_m, який відповідає напрузі U_m, можна визначити максимальну потужність фотоелемента P_m= I_mU_m.

Величина

; (2.24)

називається коефіцієнтом заповнення ВАХ.

Рис. 2.3. ВАХ р-n переходу при освітленні (крива 1) і при затемненні (крива 2).