Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Фотовольтаические приемники и преобразователи солнечной энергии



Фотовольтаический приемник – это фотодиод на основе p-n-перехода, структура привидена на рис. Такой прибор по существу представляет собой обратно-смещенный p-n-переход. Важными свойствами такого перхода является наличие обедненной носителями области перехода, концентрирующей относительно сильное поле, и области поглощения, где поглощается падающий свет.

Обедненная область образуется неподвижными положительно заряженными атомами доноров в n-области и неподвижными отрицательно заряженными атомами акцепторов в p-области. Ширина обедненной области зависти от концентрации легирующих примесей. Чем меньше примесей тем шире обедненный слой. Положение и ширина поглощающей области зависит от длины волны падающего света и от материала, из которого сделан диод.

Чем сильней поглощается свет тем тоньше поглощающая область.когда поглощаются фотоны, электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости. Так создается электроно-дырочная пара. Если такая пара создается в обедненной области , то носители будут разделяться (дрейфовать) под воздействием

Поля в обедненной области. В результате в цепи нагрузки потечет ток. если электроно-дырочная пара образуется вне обедненной области, то дырка будет диффундировать в сторону обедненной области.

 

 

Рис. 3.2. Схема ФЭП и его энергетическая диаграмма

 

Излучение падает на n-слой. В результате внутреннего фотоэффекта происходит поглощение фотонов, если их энергия EФ превышает ширину запрещённой зоны

EФ = hn > Eg = Ec - Ev. (3.1)

Глубина проникновения фотонов определяется законом поглощения света

Ф = Ф0 exp (-x/x0) . (3.2)

Поглощение фотонов в полупроводнике приводит к появлению электронно-дырочных пар (фотоносителей). Фотоносители диффундируют вглубь n-области. Толщина n-области такова, что основная доля созданных излучением фотоносителей не успевает рекомбинировать и доходит до границы p-n-перехода. Электроны и дырки разделяются электрическим полем p-n-перехода U0. При этом дырки переходят в p-область, а электроны не могут преодолеть поле перехода. Таким образом, ток фотоносителей через p-n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей (в данном случае дырок).

Дрейфовый ток фотоносителей называется фототоком I. Фотоносители-дырки заряжают p-область положительно, а фотоносители-электроны заряжают n-область отрицательно. Возникающая разность потенциалов Uф, называемая фотоэдс, снижает внутренний потенциальный барьер на величину eUф (рис. 3.2).



При замыкании контактов p-n-перехода на нагрузочное сопротивление Rн (рис. 3.3) в цепи возникает ток

Iфэп=Up-n/Rн=Iф-Ip-n=Iф-Io[exp(eU/kT)-1], (3.3)

где Iо - тепловой ток, вызванный встречным потоком неосновных носителей; Ip-n и U - ток и напряжение p-n-перехода.

Численное значение фототока определяется условиями оптической генерации и перемещениями носителей заряда - освещённостью, квантовым выходом, коэффициентами поглощения и диффузии, диффузионными длинами, уровнями легирования, концентрацией вредных примесей, качеством контактов, просветления и др. На рис. 3.3 представлены вольтамперные характеристики (ВАХ) при различных уровнях освещённости. Прямая из начала координат соответствует определённому значению R нагрузки.

 

Рис. 3.3. Схема включения ФЭП и его ВАХ

 

При коротком замыкании в нагрузке (R = 0) напряжение на ФЭП U = 0, а ток Iкз @ Iф , т.е. ток фотопреобразователя создан потоком фотоносителей. При разомкнутой внешней цепи (R=¥) Iф = Iрп . Напряжение на p-n-переходе в режиме холостого хода определяется из (3.3):

Uxx = (kT/e)ln(1 + Iф / Io ) . (3.4)

 

увеличением длины дисперсия ОВ возрастает, а полоса пропускания уменьшается.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!