Контрольные вопросы

1. Перечислите известные Вам характеристики солнечного излучения.

2. Какие способы преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию вы знаете?

3. Кратко опишите принцип работы полупроводникового фотоэлектрического преобразователя.

4. Перечислите замечательные точки ВАХ полупроводникового фотопреобразователя.

5. Как влияет пространственная ориентация на энергетические показатели полупроводникового фотопреобразователя?

6. Как интенсивность солнечного (или искусственного) излучения влияет на энергетические показатели полупроводникового фотопреобразователя?

7. Как влияет температура ФП на его энергетические показатели?

Лабораторная работа №2

Исследование зависимости фотоЭДС

от спектрального состава солнечного излучения

1. Цель работы

1.1. Ознакомление со спектральными характеристиками кремниевых фотопреобразователей.

1.2. Исследование зависимости фотоЭДС кремниевых полупроводниковых преобразователей.

2. Краткие теоретические сведения

Источником энергии солнечного излучения является протекающая на Солнце термоядерная реакция, которая превращает водород в гелий. В результате этого каждую секунду выделяется около 441020 Дж энергии. Основная часть этой энергии испускается в виде электромагнитного излучения в диапазоне 0,25…3 мкм. Общее количество солнечной энергии, поступающей в единицу времени на площадку единичной площади, расположенную перпендикулярно солнечным лучам на границе Земной атмосферы составляет в среднем I*₀ = 1390 Вт/м². Эту величину принято называть солнечной постоянной. Её значение зависит от расстояния между Солнцем и Землёй и слабо изменяется в течение года.

Спектр солнечного излучения на границе земной атмосферы представлен кривой M_λ в функции длины волны λ (рис. 2.1). M_λ или монохроматическая излучательная способность равна энергии, излучаемой в единицу времени с единицы поверхности источника излучения, приведённая к единице соответствующей длины волны:

,

где dE – энергия, излучаемая в единицу времени с единицы поверхности источника dA в полосе длин волн (λ… λ + dλ); M_λ, - выражается в Вт/м³ или Вт/(м² × мкм).

Последняя единица измерения в основном используется для солнечного спектра, как более информативная. В качестве единицы измерения длины волны ещё используется нанометр (1 нм = 10^-3 мкм).

Итак, в диапазоне длин волн (λ, λ + dλ), соответствующая излучаемая энергия представлена на рис. 2.1 заштрихованной поверхностью, очевидно, что площадь этой поверхность зависит от положения на кривой.

Фотоэлементы из аморфного кремния обладают спектральной чувствительностью очень близкой к человеческому глазу и для этого типа фотоэлементов можно оценивать освещённость в люксах. Таким образом, аморфный кремний хорошо приспособлен для восприятия внутреннего освещения, так как неоновые и флюорисцентные лампы имеют спектр излучения, который хорошо совпадает с его спектральной чувствительностью.

На рис. 2.2 приведены кривые, характеризующие спектральные свойства фотоэлементов из разных типов кремния.

Фотоэлемент из кристаллического кремния предназначен для наружного использования при солнечном освещении по причине более высокой чувствительности в диапазоне близком к инфракрасному излучению и скромным параметрам в синей части спектра. Его к.п.д. резко падает, когда освещённость опускается ниже 5000 люкс.