Изучение солнечной батареи. Фетисов И.Н. - 3 стр.

ко определить прямое смещение
                                 kT  I Ф + I      
                           U =      ln      + 1                                   (2)
                                  q     IS        
Таким образом, при освещении p-n-перехода контактная разность потенциалов в нем умень-
шилась на величину U, а другие контактные разности потенциалов не изменились. В резуль-
тате на клеммах СЭ появилось напряжение U , называемое фотоЭДС, в сопротивлении – ток
I . Следовательно, p-n -переход стал источником тока, в котором энергия света преобразуется
непосредственно в электрическую энергию. Так как фотоЭДС равна понижению контактного
напряжения, она не может превысить само контактное напряжение U (для кремния примерно
1В).
Как во всяком другом источнике тока в СЭ должны быть сторонние силы, природа которых
отличается от сил электростатического поля. Под действием электростатических сил заряды
перемещаются в направлении уменьшения потенциальной энергии. Для непрерывного про-
текания тока по замкнутой цени необходимо, чтобы хотя бы на одном участке цепи заряды
перемещались в направлении от меньшей к большей потенциальной энергии, т.е. поднима-
лись на потенциальный барьер. Это участок действия сторонних сил. Их физическая природа
может быть различной. В гальванических элементах сторонние силы возникают в результате
химических реакций на электродах, а энергия, освобождаемая в реакциях, превращается в
работу тока. В явлении электромагнитной индукции сторонние силы - это силы электриче-
ского поля, однако не электростатического, а вихревого. В СЭ потенциальная энергия элек-
тронов повышается за счет энергии фотонов, когда электроны переходят на более высокий
энергетический уровень в кристалле - из валентной зоны в зону проводимости.
Первичный фототок пропорционален потоку излучения (мощности излучения) Ф, падающе-
му на СЭ: Iф=α Ф , где α- коэффициент пропорциональности. Ток I в нагрузке зависит от Iф и
сопротивления нагрузки R . При коротком замыкании СЭ, когда R = 0, напряжение на сопро-
тивлении U=IR=0, а ток, как следует из (1), равен IΦ . Это означает, что все генерированные
светом носители поступают во внешнюю цепь, а высота барьера в p-n-переходе не изменяет-
ся. Если внешняя цепь разомкнута, то I=0. При этом напряжение, называемое напряжением
холостого хода Uxx , как следует из (2), равно
                                       kT  I Ф        
                        U = U XX =        ln    + 1                                 (3)
                                        q     IS      
Из (3) видно, что напряжение логарифмически (слабо) растет с ростом первичного фототока
или потока излучения.
Часто солнечные элементы включают в батареи: последовательно - для увеличения напряже-
ния, параллельно - для увеличения тока.
Зависимость тока от напряжения, т.е. вольт - амперная характеристика идеального СЭ, пока-
зана на рис. 2. Каждой точке кривой соответствует определенное сопротивление нагрузки: с
увеличением R напряжение растет, а ток падает. В нагрузке выделяется электрическая мощ-
ность R=IU. Она зависит от R и при некотором его значении Rm достигает максимального
значения Pm=Im Um , где Im и Um - ток и напряжение при максимальной мощности (макси-
мальная мощность равна площади заштрихованного прямоугольника на рис. 2). При измене-
нии потока излучения ВАХ изменяются так, как показано на рис. 3. С ростом Ф увеличива-
ются напряжение, ток и мощность, а оптимальное сопротивление Rm уменьшается.