optice-proprietăți-de-celule solare-materiale
Proprietățile optice ale celulelor solare determină adesea eficiența maximă a celulelor solare și reprezintă baza pentru proiectarea proceselor.
(1) Legea privind absorbția
Atunci când un fascicul de iradiere spectrală I0 este ortogonal incins pe suprafața semiconductorului, după scăderea reflexiei, radiația spectrală care intră în semiconductor este I0 (1-R), iar distanța față de suprafața frontală este x la semiconductor. Iradierea spectrală Ix este determinată de legea absorbției: atunci când grosimea lamelei este d, putem obține o aproximare mai completă a transmisiei.
Relația dintre coeficientul de absorbție și lungimea de undă a siliciului monocristal, arsenidului de galiu și a unor materiale importante pentru celulele solare
(2) Absorbție intrinsecă
În imaginile atomice, absorbția intrinsecă a siliciului poate fi înțeleasă ca fiind faptul că un atom de siliciu este excitat de un foton, determinând ca un electron de valență să devină un electron liber, lăsând o groapă în ruperea legăturii covalente. Experimentele au descoperit că numai acei fotoni ai căror hu este mai mare decât lățimea benzii interzise Eg poate produce absorbție intrinsecă.
Evident, fotonul incident trebuie să satisfacă sau frecvența luminii în care Vo - poate produce absorbția intrinsecă (limita de absorbție a frecvenței); λo - doar lungimea de undă a absorbției intrinseci a luminii (limita de absorbție a lungimii de undă).
Se crede că siliciul este transparent la lumina infraroșie având o lungime de undă mai mare de 1,15 pm.
Circuit echivalent cu celulele solare, puterea de ieșire și factorul de umplere
(1) circuit echivalent
Pentru a descrie starea de funcționare a bateriei, bateria și sistemul de încărcare sunt adesea simulate cu un circuit echivalent.
1. Sursa de curent continuu: În condiții de iluminare constantă, o celulă solare în stare de funcționare nu-și schimbă fotocurentul cu starea de lucru. Aceasta poate fi considerată o sursă de curent constantă în circuitul echivalent.
2. Curentul întunecat Ibk: O parte din fluxul fotovoltaic curge prin sarcina RL, iar tensiunea terminalului U este stabilită pe întreaga sarcină. La rândul său, acesta este orientat înainte asupra joncțiunii PN, provocând un curent întunecat Ibk opus direcției fotocurentului.
3. În acest fel, este trasată circuitul echivalent al unei celule solare PN omojunctionale ideale.
4. Rezistența RS: datorită contactului dintre electrozii din față și din spate, iar materialul însuși are o anumită rezistivitate, este inevitabil să se introducă rezistențe suplimentare în straturile de bază și de sus. Când curentul care trece prin sarcină trece prin ele, va provoca în mod inevitabil pierderi. Într-un circuit echivalent, efectul lor total poate fi reprezentat de un rezistor RS serie.
5. Rezistență paralelă RSH: Datorită scurgerii marginii bateriei și a scurgerii punții metalice formate la micro crack, zgârietură etc., atunci când facem electrodul metalizat, o parte a curentului care trebuie să treacă prin sarcină este scurt- circuitat. Rezistorul RSH este echivalent.
Atunci când curentul care circulă în sarcina RL este I și tensiunea terminală a sarcinii RL este U, se obține:
P în formula este puterea de ieșire obținută pe sarcina RL atunci când celula solară este iradiată.
(2) Puterea de ieșire
Atunci când curentul care circulă în sarcina RL este I și tensiunea terminală a sarcinii RL este U, se poate obține că P în formula este puterea de ieșire obținută la sarcina RL atunci când celula solară este iradiată.
Atunci când sarcina RL se modifică de la 0 la infinit, tensiunea de ieșire U se modifică de la 0 la U0C, iar curentul de ieșire se schimbă de la ISC la 0, tragând astfel o curbă caracteristică de sarcină a celulei solare. Orice punct de pe curbă se numește punctul de lucru. Punctul de lucru și linia de origine sunt numite linii de încărcare. Retragerea reciprocă a pantei liniei de încărcare este egală cu RL. Coordonatele orizontale și verticale corespunzătoare punctului de lucru sunt tensiunea de lucru și curentul de lucru.
La reglarea rezistenței de sarcină RL la o anumită valoare Rm, un punct M este obținut pe curbă, iar produsul curentului de lucru corespunzător Im și tensiunea de lucru Um este cea mai mare, adică: Pm = ImUm
În general, punctul M este punctul optim de operare (sau punctul maxim de putere) al celulei solare, Im este curentul de lucru optim, Um este tensiunea optimă de lucru, Rm este rezistența optimă la sarcină și Pm este puterea maximă de ieșire.
(3) Factor de umplere
1. Raportul dintre puterea maximă de ieșire și (Uoc × Isc) se numește factorul de umplere (FF), care este unul dintre indicatorii importanți pentru măsurarea caracteristicilor de ieșire ale celulelor solare.
2. Factorul de umplere caracterizează avantajele și dezavantajele celulelor solare. Sub o anumită iradiere spectrală, cu cât FF este mai mare, cu atât este mai "pătrat" curba și cu atât este mai mare puterea de ieșire.