Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Фотоэлектрические преобразователи энергии

ОнОнЭЛКнТИнЕнСКИЕ ПЕнБнАнОнАнЕнЛИ ЭНЕРГИИ.

Для пинтанния мангинстнральнных сиснтем элекнтронснабнженния и разнличннонго обонрундонванния на КЛА шинронко иснпольнзунютнся ФЭП; они предннанзнанченны такнже для поднзанряднки борнтонвых хинминченских АБ. Кронме тонго, ФЭП нанхондят принменненние на нанземнных станционнарнных и пенрендвижнных обънекнтах, нанпринмер, в АЭУ элекнтронмонбинлей. С понмонщью ФЭП, разнменщеых на верхнней понверхннонсти крыльнев, осунщенстнвнленно пинтанние принводннонго элекнтрондвингантенля виннта одннонменстннонго экснпенринменнтальннонго санмонлента (США), сонверншивншенго пенренлет ченрез пронлив Ла-Манш.

В нанстоянщее вренмя преднпочнтинтельнная обнласть принменненния ФЭП - иснкуснстнвеые спутннинки Земнли, орнбинтальнные коснминченские станнции, межнпланнетнные зоннды и друнгие КЛА. Доснтониннстнва ФЭП: больншой срок служнбы; доснтанточнная апнпанрантурнная нандежнность; отнсутнстнвие раснхонда акнтивннонго венщенстнва или тонпнлинва. Нендоснтатнки ФЭП: ненобнхондинмость стнройств для ориненнтанции на Солннце; сложнность менханнизнмов, разнвонранчинваюнщих панненли ФЭП понсле вынхонда КЛА на орнбинту; ненранбонтонспонсобнность в отнсутнстнвие оснвенщенния; отннонсинтельнно больншие плонщанди обнлунчаенмых понверхннонстей. Для сонвренмеых ФЭП ханракнтернны удельнная маснса 20 - 60 кг/кВт (без чента менханнизнмов разнвонронта и авнтонмантов сленженния) и дельнная мощнность КПД пренобнранзонванния солннечнной энернгии в элекнтронэнернгию для обычнных кремнниенвых ФЭ ранвен В каснкаднных ФЭП с пронзрачннынми моннонкринсталнланми эленменнтов при двухнслойнном и апри трехнслойнном иснполнненнии. Для пернспекнтивнных АЭУ, сончентаюнщих солннечнные коннценнтрантонры (панранбонлинченские зернканла) и ФЭП на осннонве гентенронстнрукнтунры двух разнличнных понлунпронводннинков - арнсенниндов галнлия и алюнминния, такнже можнно ожиндать

Ранбонта ФЭ осннонванна на внутнреем фонтонэлекнтринченском эфнфекнте в понлунпронводннинках. Внешнние рандианциноые (свентонвые, тенпнлонвые ) возндейнстнвия обунславнлинванют в слонях 2 и 3 понявнленние неноснновнных нонсинтенлей занряндов, знанки контонрых пронтинвонпонложнны знанкам оснновнных нонсинтенлей р- и п-обнласнтях. Под влияннинем элекнтронстантинченсконго принтянженния разннонимеые свонбоднные оснновнные нонсинтенли дифнфунндинрунют ченрез граннинцу сонпринкосннонвенния обнласнтей и обнранзунют вблинзи нее р-п гентенронпенренход с нанпрянжеонстью элекнтринченсконго понля ЕК, коннтактнной разннонстью понтеннцианлов UK а= SEK и понтеннцинальнным энернгентинченским барьненром WK=eUK адля оснновнных нонсинтенлей, имеюнщих занряд е. Нанпрянжеость понля EK апренпятнстнвунет их дифнфунзии за пренденлы понгранничннонго слоя шинринной S. Нанпрянженние

занвинсит от темнпенрантунры Т, коннценнтранций дынрок аили элекнтроннов ав p- и n-обнласнтях занрянда элекнтронна е и понстоняой Больцнманна k. для неноснновнных нонсинтенлей EK - двинжунщее понле. Оно обунсловнлинванет пенренменщенние дрейнфуюнщих элекнтроннов из обнласнти р в обнласть п, дынрок - из обнласнти п в обнласть р. Обнласть п принобнрентанет отнринцантельнный занряд, обнласть р- понлонжинтельнный, что экнвинванлентнно принлонженнию к р-п пенренхонду внешнненго элекнтринченсконго понля с нанпрянжеонстью EВШ, встречннонго с EK. Понле с нанпрянжеонстью EВШ - занпинраюнщее для неноснновнных и двинжунщее для оснновнных нонсинтенлей. Диннанминченское равннонвенсие понтонка нонсинтенлей ченрез р-п пенренход пенренвондит к снтанновнленнию на элекнтрондах 1 и 4 разннонсти понтеннцианлов U0 - ЭДС хонлонстонго хонда ФЭ. Эти явнленния монгут прониснхондить данже при отнсутнстнвии оснвенщенния р-п пенренхонда. Пусть ФЭ обнлунчанетнся понтонком свентонвых кваннтов (фонтоннов), контонрые сталнкинванютнся со свянзаынми (ванлентннынми) элекнтроннанми кринсталнла с энернгентинченскинми ровннянми W. Еснли энернгия фонтонна Wф=hv (v -часнтонта волнны свента, h - понстоняя Планнка) больнше W, элекнтрон понкинданет ронвень и понронжнданет здесь дырнку; р-п пенренход разнденлянет панры элекнтрон - дырнка, и ЭДС U0 венлинчинванетнся. Еснли поднклюнчить сонпронтивнленние нангрузнки RН, по ценпи пойндет ток I, нанправнленние контонронго встречнно двинженнию элекнтроннов. Пенренменщенние дынрок огнраннинченно пренденланми понлунпронводннинков, во внешнней ценпи их нет. Ток I вознраснтанет с понвыншеннинем иннтеннсивннонсти свентонвонго понтонка Ф, но не пренвоснхондит прендельннонго тонка In ФЭ, контонрый понлунчанетнся при пенренвонде всех ванлентнных элекнтроннов в свонбоднное сонстоянние: дальннейнший рост чиснла неноснновнных нонсинтенлей ненвознмонжен. В ренжинме К3 (RН=0, UН=IRН=0) нанпрянжеость понля Евш =0, р-п пенренход ( нанпрянжеость понля ЕК)а наинбонлее иннтеннсивнно разнденлянет панры неноснновнных нонсинтенлей и понлунчанетнся наинбольнший ток фонтонэленменнта IФ для зандаонго Ф. Но в ренжинме К3, как и при хонлонстом хонде (I=0), понлезнная мощнность P=UНI=0, для 0<UН<U0 и 0<I<IФ бундет Р>0.

Рис.2. Тинпонвая внешнняя ханракнтенринстинка кремнний- гернманниенвонго фонтонэленменнта

Тинпонвая внешнняя ханракнтенринстинка кремнниенвонго ФЭ для авнутнреее сонпронтивнленние, обунсловнлеое мантенрианлома ФЭ, элекнтронданми и коннтакнтанми отнвондов; q - плонщадь ФЭ) преднставнленна на рис. 2. Изнвестнно, что в занатнмонсфернных снлонвинях , ана ровнне Земнли (монря) при раснпонлонженнии Солннца в зеннинте и понглонщеннии энернгии свента вондяннынми панранми с отннонсинтельнной влажннонстью 50% линбо при отнклонненнии от зеннинта на ав отнсутнстнвии панров вонды

ЭП моннтинрунютнся на панненлях, коннстнрукнция контонрых сондернжит менханнизнмы разнвонронта и ориненнтанции. Для понвыншенния КДа принмернно до 0,3 принменнянютнся каснкаднные двух- и трехнслойнные иснполнненния ФЭП с пронзрачннынми ФЭ верхнних слонев. КПД ФЭП сунщенстнвео занвинсит от опнтинченских свойств мантенрианлов ФЭ и их тернмонренгунлинруюнщих занщитнных понкрынтий. Конэфнфинциненнты отнранженния уменьншанют техннонлонгинченским спонсонбом пронсветнленния оснвенщаенмой понверхннонсти (для ранбончей часнти спекнтра). Обунсловнлинваюнщие зандаой конэфнфинцинент понглонщенния понкрынтия спонсобнстнвунет снтанновнленнию ненобнхондинмонго тенпнлонвонго ренжинма в сонотнветнстнвии с занконном Стенфанна-Больцнманна, что именет важнное знанченние: нанпринмер, при венлинченнии Т от 300 до 380 К КПД ФЭП снинжанетнся на 1/3.