Спектральная характеритика солнечного элемента

Спектральная характеристика фотоэлемента это зависимость тока короткого замыкания от длины волны падающего света.

Для кремниевого фотоэлемента максимум спектральной характеристики почти соответствует максимуму спектрального распределения энергии солнечного света (рис. 7). Именно поэтому кремниевые фотоэлементы широко используются для создания солнечных батарей.

Спектр лампы и Солнца отличаются тем, что у Солнца больше коротковолнового излучения (с большей энергией), а у спектра лампы больше длинноволнового излучения. Таким образом, лампа сильнее нагревает фотоэлемент, поэтому её свет даёт меньший ток короткого замыкания и, соответственно, меньший коэффициент полезного действия.

Если энергия кванта света меньше ширины запрещённой зоны, то фотоэффекта не будет вовсе, поэтому существует минимальная энергия (или максимальная длина волны), при которой эффект ещё наблюдается. Для кремния S i ширина запрещённой зоны E_g = 1,1 эВ, что соответствует длине волны λ_max = 1,3 мкм и частоте ν = 2,5•10¹⁴ Гц

ЗАВИСИМОСТЬ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ ХОЛОСТОГО ХОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

С повышением температуры фотоэлемента происходит:

а) понижение потенциального барьера (уменьшатся ширина запрещённой зоны);

б) увеличивается количество основных носителей, имеющих бо́льшую энергию, т.е. происходит перераспределение носителей по уровням.

Понижение барьера приводит к понижению напряжения холостого хода (а также тока короткого замыкания) – уменьшается площадь под вольт-амперной характеристикой – уменьшается КПД фотоэлемента (рис. 8).

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

 

 

Рис. 9

 

Блок-схема измерительной установки приведена на рис. 9.

Рис. 10. Принципиальная схема установки для снятия вольт-амперных и световых характеристик

Источником света является лампа 1. Для измерения интенсивности света служит датчик интенсивности излучения (ДИ) 2, сигнал с которого поступает на мультиметр 3, который измеряет напряжение на фотоэлементе в режиме измерения вольт-амперной характеристики и световых характеристик. Фототок солнечного элемента 4 измеряется мультиметром 5. Реостат 7 является переменным сопротивлением, позволяющим изменять значения напряжения на фотоэлементе в режиме снятии вольт-амперной характеристики. Фильтр 6 служит для уменьшения нагрева солнечного элемента.

Принципиальная схема установки для снятия вольт-амперных и световых характеристик приведена на рис. 10.

Фототок солнечной батареи 1 измеряется мультиметром 2, а её напряжение – мультиметром 3. Регулировка тока производится реостатом 4.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед включением оборудования необходимо убедиться в отсутствии посторонних предметов в рабочей зоне и предупредить товарищей о начале лабораторной работы; до начала работы приборы должны быть выключены.

В случае обнаружения неисправностей, связанных с токопроводящими проводниками, изоляцией, греющимися токонесущими частями, необходимо немедленно прекратить работу и обратиться к преподавателю или дежурному лаборанту.

СНЯТИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА ОТ РАССТОЯНИЯ ДО ИСТОЧНИКА

 

Для снятия световых характеристик солнечного элемента надо изменять интенсивность света лампы. Проще всего это сделать, меняя расстояние до лампы 1. РАССТОЯНИЕ НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ МЕНЬШЕ 50 см! Для измерения интенсивности излучения лампы на разных от неё расстояниях следует:

1. Установить датчик интенсивности 2 (ДИ) в держатель.

2. Поместить держатель на линейку на расстоянии 1 м от лампы.

3. Снять с разъёмов датчика заглушки.

4. Подключить разъёмы датчика к мультиметру 3 – к разъёмам «com» и «VΩHz» (рис. 9).

5. Перевести мультиметр в режим измерения напряжения – повернуть ручку предела шкалы на отметку «200 mV».

6. Включить лампу и мультиметр.

7. Меняя расстояние r от лампы до датчика в диапазоне от 1 м до 50 см с шагом 5 см, записать показания мультиметра U_J в таблицу 1. Показания мультиметра записываются через 10 секунд после перемещения датчика.

8. Выключить лампу.

 

Таблица 2.

r, см	UJ, В	J, Вт/м^2	U хх, В	I кз, мА