: Фотоэлектрические преобразователи энергии
ФОнТОнЭЛЕКнТРИнЧЕнСКИЕ ПРЕнОБнРАнЗОнВАнТЕнЛИ 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,
разнменщеннных 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 -
иснкуснстнвеннные 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
устнройств для ориненнтанции на Солннце; сложнность менханнизнмов,
разнвонранчинваюнщих панненли ФЭП понсле вынхонда КЛА на орнбинту;
ненранбонтонспонсобнность в отнсутнстнвие оснвенщенния; отннонсинтельнно
больншие плонщанди обнлунчаенмых понверхннонстей. Для сонвренменнных ФЭП
ханракнтернны удельнная маснса 20 - 60 кг/кВт (без учента менханнизнмов
разнвонронта и авнтонмантов сленженния) и удельнная мощнность
КПД пренобнранзонванния солннечнной энернгии в элекнтронэнернгию для обычнных
кремнниенвых ФЭ ранвен
В каснкаднных ФЭП с пронзрачннынми моннонкринсталнланми эленменнтов
при двухнслойнном и
при 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 внутнренннем фонтонэлекнтринченском эфнфекнте в
понлунпронводннинках. Внешнние рандианциноннные (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 разннонименнные свонбоднные оснновнные
нонсинтенли дифнфунндинрунют ченрез граннинцу сонпринкосннонвенния обнласнтей и
обнранзунют вблинзи нее р-п гентенронпенренход с нанпрянженннонстью
элекнтринченсконго понля ЕК , коннтактнной разннонстью понтеннцианлов UK =
SEK и понтеннцинальнным энернгентинченским барьненром WK=eUK для
оснновнных нонсинтенлей, имеюнщих занряд е. Нанпрянженнность понля
EK пренпятнстнвунет их дифнфунзии за пренденлы понгранничннонго слоя
шинринной S . Нанпрянженние
занвинсит от темнпенрантунры
Т, коннценнтранций дынрок
или элекнтроннов
в
p- и
n-обнласнтях занрянда элекнтронна
е и понстоняннной
Больцнманна
k. для неноснновнных нонсинтенлей
EK - двинжунщее
понле. Оно обунсловнлинванет пенренменщенние дрейнфуюнщих элекнтроннов из
обнласнти
р в обнласть
п, а дынрок - из обнласнти
п в
обнласть
р. Обнласть
п принобнрентанет отнринцантельнный
занряд, а обнласть
р- понлонжинтельнный, что экнвинванлентнно
принлонженнию к
р-п пенренхонду внешнненго элекнтринченсконго понля с
нанпрянженннонстью
EВШ, встречннонго с
EK. Понле с
нанпрянженннонстью
EВШ - занпинраюнщее для неноснновнных и двинжунщее
для оснновнных нонсинтенлей. Диннанминченское равннонвенсие понтонка
нонсинтенлей ченрез
р-п пенренход пенренвондит к уснтанновнленнию 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 свянзанннынми
(ванлентннынми) элекнтроннанми кринсталнла с энернгентинченскинми уровннянми
W. Еснли энернгия фонтонна
Wф=hv (
v -часнтонта волнны свента,
h - понстоняннная Планнка) больнше
W, элекнтрон понкинданет уронвень
и понронжнданет здесь дырнку;
р-п пенренход разнденлянет панры
элекнтрон - дырнка, и ЭДС
U0 увенлинчинванетнся. 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)
нанпрянженнность понля
Евш =0,
р-п пенренход (
нанпрянженнность понля
ЕК) наинбонлее иннтеннсивнно разнденлянет панры
неноснновнных нонсинтенлей и понлунчанетнся наинбольнший ток фонтонэленменнта
IФ для занданннонго
Ф. Но в ренжинме К3, как и при хонлонстом хонде
(
I=0), понлезнная мощнность
P=UНI=0, а 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
внутнренннее сонпронтивнленние, обунсловнленнное мантенрианлом ФЭ,
элекнтронданми и коннтакнтанми отнвондов;
q - плонщадь ФЭ)
преднставнленна на рис. 2. Изнвестнно, что в занатнмонсфернных уснлонвинях
, а на уровнне Земнли (монря) при раснпонлонженнии Солннца в зеннинте и
понглонщеннии энернгии свента вондяннынми панранми с отннонсинтельнной
влажннонстью 50% линбо при отнклонненнии от зеннинта на
в отнсутнстнвии панров вонды
.
ФЭП моннтинрунютнся на панненлях, коннстнрукнция контонрых сондернжит
менханнизнмы разнвонронта и ориненнтанции. Для понвыншенния КПД принмернно до
0,3 принменнянютнся каснкаднные двух- и трехнслойнные иснполнненния ФЭП с
пронзрачннынми ФЭ верхнних слонев. КПД ФЭП сунщенстнвеннно занвинсит от
опнтинченских свойств мантенрианлов ФЭ и их тернмонренгунлинруюнщих занщитнных
понкрынтий. Конэфнфинциненнты отнранженния уменьншанют техннонлонгинченским
спонсонбом пронсветнленния оснвенщаенмой понверхннонсти (для ранбончей часнти
спекнтра). Обунсловнлинваюнщие занданнной конэфнфинцинент понглонщенния
понкрынтия спонсобнстнвунет уснтанновнленнию ненобнхондинмонго тенпнлонвонго
ренжинма в сонотнветнстнвии с занконном Стенфанна-Больцнманна, что именет
важнное знанченние: нанпринмер, при увенлинченнии
Т от 300 до 380
К
КПД ФЭП снинжанетнся на 1/3.
