Виробництво високоефективних сонячних елементів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

Розділ 1. Принцип дії та основні параметри ФЕП

1.1 Виготовлення сонячного елементу

1.2 Робота ФЕП

1.3 Основні параметри

1.4 Імітатори сонячного випромінювання

Розділ 2. Методика вимірювання параметрів ФЕП за навантажувальної характеристики

2.1 Обладнання

2.2 Методика вимірювання навантажувальної характеристики

2.3 Визначення параметрів

Розділ 3. Експерементальні результати та їх аналіз

3.1 Розрахунок параметрів ФЕП № 1

3.2 Розрахунок параметрів ФЕП № 2

3.3 Розрахунок параметрів ФЕП № 3

3.4 Розрахунок параметрів ФЕП № 4

3.5 Розрахунок параметрів ФЕП № 5

Висновок



Вступ

Для успішного виробництва високоефективних сонячних елементів поряд із застосуванням сучасних методів виготовлення, необхідно глибоке розуміння процесів, що відбуваються в елементах. Для цього потрібен детальний аналіз властивостей матеріалів, які використовуються в різних компонентах конструкції сонячних елементів. Якість переходу оцінюють, виходячи з вольт-амперної і вольт-фарадні характеристики, а також з спектральної залежностіності чутливості, за допомогою яких визначають ряд важливих параметрів, таких, як щільність зворотного струму насичення, діодний коефіцієнт, концентрація іонізованих домішок, дифузійний потенціал, висота потенційного бар'єра, товщина збідненої області і напруженість електричного поля в переході. На підставі цих даних можна побудувати енергетичну зонну діаграму переходу і розробити фізичну модель для опису основних процесів, що визначають характеристики елемента.

Ця курсова робота присвячена розгляду вольт-амперної характеристики, а також методів визначення параметрів сонячних елементів. У наступних розділах, будуть приведені методи, кожен з яких пов'язаний з визначенням конкретного параметра ФЕП. В першу чергу розглядаються короткий огляд властивостей ФЕПа, а також обладнання для проведення експерименту. Потім буде детально розглянута методика проведення досліду і обробки результатів. У третьому розділі будуть наведені результати експеременту, та їх аналіз.



Розділ 1. Принцип дії та основні параметри ФЕП

сонячний імітатор випромінювання амперний фотоефект

1.1 Виготовлення сонячного елементу

Різні сонячні елементи (фотоелементи) представляють собою електричні пристрої, які здатні перетворювати частину сонячного випромінювання (електромагнітного) в електричний струм. Кілька об'єднаних разом фотоелементів (фотоелектричних перетворювачів) становитимуть вже сонячну батарею, яка може видавати певну напругу і силу струму.

Робота сонячних елементів полягає в явищі внутрішнього фотоефекту, що вперше був досліджений в 1839 р. ученим на ім'я Едмон Беккерель. Дане відкриття продовжило свій розвиток в 1873г., В час, коли Віллоубі Сміт виявив подібний ефект при опроміненні світлом селенової пластини. І лише в 20-му столітті (початок 50-х р.) Сонячні елементи досягли досить високого рівня своєї досконалості завдяки відкриттю нових матеріалів.

Напівпровідникові прилади виготовляються з вихідних базових пластин р-або n-типу, на які наносяться легуючі шари, що отримають одну або декілька домішок для отрымання р- n -переходів. Р-n -переходом називають поверхню розділу між шарами, що мають провідність протилежного знака.

Рис. 1. Генерування електричного струму сонячним елементом



Елемент у розрізі:

Фотони А і В утворили електронно-діркові пари аа' и ЬЬ'. Електрон с і дірка с', утворені попереднім фотоном, рухаються до контактів солнячного елемента. Електрони d, e, f і g переміщаються по зовнішній ланцюгам, утворюючи електричний струм.

Для отримання уявлення про конструкції сучасного сонячного елемента з шаром n-типу, створеним в поверхневому шарі базової пластини р-типу, розглянемо напівпровідниковий кристал, що містить р- n -перехід, схематично показаний на рис. 1. Області р і n кремнієвого сонячного елемента складаються з кремнію з власною провідністю. Провідність р-типу створюється в процесі вирощування кристала кремнію додаванням відносно невеликої кількості елемента III групи в розплав. n -Область утворюється в процесі формування переходу дифузійним способом. При дифузії пластинки матеріалу р-типу (для виготовлення сонячних елементів) поміщають при підвищеній температурі в середу, що містить елемент V групи. Домішки n-типу, дифундує з поверхні в глиб матеріалу базової пластини, заміщають кремній в кристалічній решітці і за рахунок більшої, ніж у домішки р-типу, концентрації змінюють тип провідності. Змінення провідності матеріалу з р-типу на n-тип відбувається в області переходу товщиною менше 1 мкм. р- n Перехід є ідеалізованим електричним поняттям, не відображає всі особливості реального фізичного переходу від матеріалу р-типу до матеріалу n -типу. Лише якась частина реального переходу підпорядковується теоретичним закономірностям, виведеним для ідеального р- n переходу.

Виготовлення сонячного елемента завершується створенням металічних контактів на напівпровідникових шарах. Неосвітлений солнечний елемент проводить електричний струм, що надходить від зовнішнього джерела, тільки в одному напрямку. Отже, будь-яким напівпровідниковим р-n -переходом можна визначати полярність джерела живлення.



1.2 Робота сонячних елементів

Нехай сонячний елемент, описаний вище, освітлюеться штучним потоком світла. Фотони з різною енергією будуть поглинатися в напівпровідниковому матеріалі на різній глибині (див. рис. 1). На рис. показано також зовнішнє навантаження (наприклад, опір), при приєднанні до контактів елемента. На даному малюнку реальні пропорції сильно змінені для більшої наочності. У верхній частині рисунка фотони А і В вибили електрони з відповідних атомів напівпровідника. Фотон А має більшу енергію (меншу довжину хвилі), чим фотон В. На місці вибитих електронів утворилися дві електричні вакансії-дірки. У цьому випадку говорять, що фотони утворили електронно-діркові пари. Тепер електрони і дірки можуть рухатися по матеріалу напівпровідника під дією електричнихполів, що утворилися в матеріалі під впливом р- n -переходу. Електрони притягуються n -областю, а дірки р-областю. Отже, структура сонячного елемента грає роль помпи, як буде перекачувати електрони в n -область через зовнішнє навантаження і назад до контакту з р-областю. На поверхні розділу, контакт-р-область напівпровідника електрони займають місце дірок, тобто рекомбінують, при цьому вони стають електрично нейтральними до тих пір, поки новий фотон знову не розділить їх на електронно-дірочну пару.

1.3 Основні параметри ФЕП

Для опису сонячних елементів застосовується набір спеціальних параметрів і характеристик, що дозволяє проводити порівняльну оцінку сонячних елементів різного типу. До спеціальних характеристик сонячного елемента відносяться вольтамперная (ВАХ) і спектральна. До спеціальних параметрів сонячного елемента відносяться ККД (ефективність), FF (фактор заповнення), Ux.x (напруга холостого ходу), Iкз (струм короткого замикання) або Jкз (щільність струму короткого замикання) та максимальна потужність елементу Pmax.

Вольтамперних характеристика сонячного елементу показує залежність вихідного струму сонячного елемента від напруги на його виводах (рис. 2)

Рис. 2. ВАХ фотоелектричного перетворювача

При зміні величини світлового потоку, падаючого на сонячний елемент, його ВАХ змінюється. Тому для отримання достовірних значень прагнуть у всіх вимірах підтримувати P0= 80мВ\см при заданому спектральному складі падаючого світла, тобто прагнуть домогтися стандартних умов вимірювання, при яких кожен з тестованих зразків знаходився б в однаковому стані

Спектральна характеристика (спектральний відгук) представляе собою залежність величини квантової ефективності (значення ефективності сонячного елемента при опроміненні його монохроматичним світлом на певній довжині хвилі) від довжини хвилі падаючого випромінювання. При вимірюванні спектрального відгуку також необхідно дотримуватися певних стандартних умов вимірювання.

По вольт-амперних характеристиках при висвітленні можна вибрати оптимальний режим роботи сонячного елемента, тобто оптимальний опір навантаження, при якому в навантаженні буде виділятися максимальна потужність. Оптимальному режимові роботи сонячного елемента відповідає найбільша площа прямокутника з вершиною на вольт-амперній характеристиці при даній освітленості (рис. 2).

Ефективність (ККД) СЕ показує, яку частину (у відсотках) сонячної енергії падаючого на нього світла він може перетворити в електричну енергію. Розрізняють ККД по активній площі поверхні і ККД по загальній площі поверхні:

(1.1)

(1.2)

де Рmax - електрична потужність (максимальна), вироблювана сонячним елементом при опроміненні; p0 - щільність потоку падаючого на солнечний елемент світла; Слід зазначити, що коефіцієнт корисної дії сильно залежить від спектрального складу світла, при якому він обмірюваний, і, зокрема, зовсім різні значення при вимірі під вольфрамовою лампою і при сонячному висвітленні. Коефіцієнт корисної дії також сильно залежить від температури елемента і наявності розсіяного випромінювання, і в більш слабкому ступені від інтенсивності випромінювання.

Sакт і Sзаг - площі активної (доступної світлу) і загальної (що включає як поверхню, доступну світлу, так і ділянки поверхні, затінені електродної сіткою або закриті від поглинаючого шару) поверхні сонячного елемента.

Якщо не зазначений тип ККД сонячного елементу, то, як правило, мова йде про ККД по загальній поверхні.

Напруга холостого ходу (Uхх) - це максимальна напруга, що виникає на розімкнутих виводах сонячного елемента при його опроміненні сонячним світлом. Вимірюється в В [вольт] або мВ [мілівольт]. Може бути знайдено як при прямому вимірюванні, так і визначено з вольтамперной характеристики (рис. 2)

Струм короткого замикання (Iкз) - це максимальний струм, який протікае через виводи сонячного елемента при їх короткому замиканні. Вимірюється в мА [міліампер]. Так само може бути знайдений з ВАХ (рис. 2)

Щільність струму короткого замикання визначається як відношення струму короткого замикання до площі поверхні сонячного елемента:

(1.3)

Проте в силу складності визначення Sакт частіше використовують Sзаг (Загальну щільність поверхні сонячного елемента)

Вихідна максимальна потужність може бути оцінена із співвідношення:

(1.4)

де Um- напруга у крапці максимальної потужності, Im- струм у крапці максимальної потужності (рис. 2).

Фактор заповнення ff показує, яка частина потужності, вироблена сонячним елементом, використовується в навантаженні. Значення фактора заповнення визначається вибором режиму роботи сонячного елемента, тобто значенням Рмах. Параметр ff може бути знайдений із співвідношення:

(1.5)



Фактор заповнення вимірюється в% і варіюється від 50 до 85% для різних типів сонячних елементів.

Як правило, в оглядах вказується також площа поверхні сонячного елемента. Загальна площа іноді задається у вигляді S = а х б, де а - довжина, б-ширина сонячного елемента в см. Для концентраторних елементів в обов'язковому порядку задається коефіцієнт збирання світла (від декількох до 100 і більше сонць)

Модулі характеризуються тим же набором параметрів і характеристик, що і сонячні елементи. Однак у них, як правило, Uxx і Iкз на порядок більше, ніж для сонячних елементів, і задаються відповідно в В [вольтах] і А [амперах]. Площа сонячних модулей становить від 50 до 10000 см2 (у елементів в більшості випадків 5 «1 см2). Для сонячних модулів часто вказується номінальна вихідна потужність у Вт [ватах] і число елементів у модулі.

1.4 Імітатори сонячного випромінювання

Імітація сонячного випромінювання, дуже важлива частина лабораторних досліджень фотоелектричних перетворювачів. Але, як би максимально не наближалося імітування сонячного світла до реальних умов, не будуть досягнуті реальні параметри імітатора. По перше при проходженні через атмосферу, промінь сонця піддається впливу атмосферних чинників, в лабораторних же умовах зміни цих параметрів не можливо досягти максимально точно.

Колірна температура сонячного випромінювання, нагадаємо, варіюється від 2500 К на світанку і 3250 К на заході до 5 500 К опівдні (8000 К - у високих широтах). Сучасні джерела штучного освітлення закривають різні області цього проміжку: температурі, 2700 К - лампи розжарювання, діапазонам 2 500-3 000 і 4 000-5 000 К - люмінесцентні лампи, 2500-4000К-газорозрядні лампи. Деякі світлодіоди білого світіння можуть охоплювати більш широкі діапазони, проте їх структура виявляється надто складна для масового виготовлення.

Схеми побудови імітаторів Сонця аналогічні оптичним схемами проекційних приладів(рис. 3): джерело світла, коригувальний світлофільтр - наближає спектральний розподіл джерела світла до сонячного в заданій області спектра .. Регульована діафрагма - задати необхідний потік світла, покриваючий СЕ.

Рис. 3. Імітування сонячного світла з направлення на фотоелектричний перетворювач:

1- імітатор сонячного світла; 2- потік випромінювання; 3- коректуючий світлофільтр; 4- регульована діафрагма; 5- ФЕП; 6- стабілізатор струму.

Існує багато різних імітаторів світлового потоку, які відрізняються своїми колірними температурами, їх можна класифікувати на кілька видів:

Галогенні лампи

Для вирішення декількох класів задач перспективне використання в якості джерела світла імітатора Сонця галогенних ламп розжарювання. Їх колірна температура в робочій області змінюється за лінійним законом в залежності від того який протікає через них струму від 1900 до 3500 K, тому струм лампи імітатора необхідно стабілізувати електронними засобами, що призводить до збільшення габаритів установки імітатора.

Газоразрядні лампи

Газорозрядна лампа- лампа, в якій світіння створюється безпосередньо або опосередковано від електричного розряду в газі, в парах металу або в суміші газу і пари.

Газорозрядні лампи - це лампи, в яких електрична енергія перетворюється в оптичне випромінювання при проходженні електричного струму через гази та інші речовини (наприклад, ртуть), що знаходяться в пароподібному стані. Газорозрядна лампа являє собою скляну, керамічну або металеву (з прозорим вихідним вікном) оболонку циліндричної, сферичної або іншої форми, що містить газ, іноді деяка кількість металу або інші речовини (наприклад, галоїдні солі) з досить високою пружністю пара. В оболонку герметично вмонтовані (наприклад, упаяні) електроди, між якими відбувається розряд. Існують газорозрядні лампи з електродами, що працюють у відкритій атмосфері або протоці газу, наприклад вугільна дуга.

У більшості газорозрядних ламп використовується випромінювання позитивного стовпа дугового розряду (рідше тліючого розряду, наприклад в газосвітних трубках), в імпульсних лампах - іскровий розряд, який переходить у дуговий. Існують лампи дугового розряду з низьким тиском, наприклад натрієва лампа низького тиску; з високим і надвисоким тиском, наприклад ксенонові газорозрядні лампи.

Для імітаторів сонячного випромінювання важливі такі характеристики газорозрядних ламп як потужність і ідентичність спектрального складу випромінювання (газорозрядні ксенонові лампи в металевій оболонці).

У зв'язку з розробкою нових високотемпературних і хімічно стійких матеріалів для оболонок газорозрядних ламп і відкриттям технологічного прийому введення в газорозрядну лампу випромінюючих елементів у вигляді легколетучих з'єднань, з'явилися нові перспективи розвитку та застосування газорозрядних джерел світла.

Своїм яскравим білим світлом газорозрядні лампи нагадують кварцові галогенні лампи. Однак, газорозрядні лампи вигідно відрізняються високою стабільністю кольору протягом усього терміну служби.

Імпульсні лампи

Імпульсні джерела світла характеризуються високими значеннями густин енергії та струму при спалаху, що виникає в результаті розряду конденсатора через газонаповнені трубку. Залежно від електричних параметрів схеми і конструкції імпульсної лампи тривалість спалаху лежить в межах від 10-6 до 10-3 сек.

Імпульсні лампи, являють собою скляну трубку, наповнену інертним газом, звичайно ксеноном. У момент розряду накопичувального конденсатора відбувається миттєве світіння газу дуже великої яскравості. Спектральний склад випромінюваного світла близький до сонячного.

Для виникнення спалаху необхідно іонізувати газ всередині балона лампи. Це здійснюється за допомогою високої напруги, що подається на зовнішній електрод лампи, що представляє собою напилення на скло балона або зовнішній провід, намотаний на трубку лампи. Рекомендується навіть у разі наявності напилення використовувати дублюючий тонкий дріт без ізоляції, намотуваний на балон, оскільки контакт з напиленням не завжди надійний в процесс

Напівпровідникові лазери.

В якості активного середовища застосовуються напівпровідникові кристали.

Напівпровідникові лазери відрізняються від всіх інших типів лазерів наступними характеристиками: високим ККД по потужності, простотою збудження (безпосереднє перетворення електричної енергії в когерентне випромінювання як в безперервному, так і в імпульсному режимах роботи); можливістю прямої модуляції електричним струмом до Ггц діапазону; вкрай незначними розмірами, низькою напругою накачування, механічної надійністю, великим терміном служби.

Змінюючи склад активного середовища, можна варіювати за рахунок зміни ширини забороненої зони, довжину хвилі випромінювання у відносно широкому інтервалі.

Ведуться роботи по створенню імітаторів на напівпровідникових лазерах. Запропоновано імітатор Сонця на напівпровідникових лазерах з рівномірним розподілом освітленості по перетину робочого пучка світла без пульсацій. Планується використовувати напівпровідникові лазерні діоди, довжина хвилі яких 0,4 мкм (GaN), 0,63-1,55 мкм (AlGaAs), 3-20 мкм (солі свинцю). Основна перевага таких імітаторів рівномірність освітлення, і, як наслідок, нагрівання поверхні виробу. Безумовними і значними достоїнствами лазерів є:

- Ефективна фокусування, висока спрямованість, мала розбіжність лазерного випромінювання;

- Концентрація світлової енергії в невеликих обсягах, величезна щільність енергії, мала зона енергетичного (теплового) впливу;

- Велика дальність дії, висока точність і роздільна здатність лазерного проміня;

Використання напівпровідникових лазерів відкриває широкі можливості в імітації сонячного світла, але данна технологія поки залишається досить дорогою.

1.5 Висновки і постановка здачі дослідження

В даному розділі були приведені теоретичні відомості про будову фотоелементу на основі кремнію, описаний принцип дії, який базується на властивостях р-n переходу. Розглянуті принципи розрахунку оновних параметрів, а саме, струм кз, напруга холостого ходу, фактор заповнення, максимальна потужність елементу, ККД. Також приведений приклад побудови ВАХ, та потужносної характеристики, який буде використано для подальшої обробки результатів знятих у процесі досліду. Наглядно показаний опис обладнання для виконання досліду,а також приклад можливих варіантів імітування освітлення для СЕ.

Метою данного розділу було привести теорію та формули для знаходження необхідних параметрів, що будуть розраховуватися у третьому розділі після проведення досліду.



Розділ 2. Методика вимірювання параметрів ФЕП з навантажувальної характеристики

2.1 Обладнання

В данній курсовій роботі, для зняття навантажувальних характеристик ФЕП, була використана блок-схема представлена на рис. 4. Як джерело випромінювання використовувалося лампа накалювання (1) потужністю 60 Вт. Паралельно освітлюваному зразкові (2) підключено цифровий вольтметр (3) типу В7-20. Для зміни навантажувального опору в колі зразка використовувався магазин опорів (4) типу МОР-58. У якості міліамперметра (5) використовувався вимірювальний прилад У7-27.

Рис. 4. Блок-схема установки для виміру навантажувальних характеристик на імітаторі сонячного випромінювання

Дана схема являє собою стандартне коло підключення вимірювальних приладів паралельно ФЕПу для зняття навантажувальної та вольт амперної характеристики. Наглядно ця схема виглядає як представлено на рис. 5.



Рис. 5. Схема-обладнання для імітування випромінювання

Лампа накалювання (3)(в нашому випадку 60 Вт), на яку подається напруга, освітлює регулюючий світофільтр (2), концентровані промені направляються на фотоелемент (1). До фотоелементу підведені прилади для вимірювання.

2.2 Методика вимірювання навантажувальної характеристики

Вимірювання навантажувальної характеристики проводилось у такому порядку:

1. Блок-схема як показано на малюнку 4. При приєднанні вольтметра і амперметра до сонячного елемента дотримувалась полярність.

2. Увімкнувши лампу накалювання, с допомогою регулюючого світофільтру направляємо максимальний світловий потік на фотоелемент.

3. Поступово збільшуючи значення на магазині опорів (4) рис. 4, зробив відлік показань вольтметра і амперметра. Значення напруги знімались у вольтах, а струму у міліамперах. Результати занесені у таблицю для подальшого розрахунку.

2.3 Визначення параметрів

1. Знявши показання вольтметра і амперметра по отриманим даним побудуємо ВАХ 5ти досліджуваних зразків, а саме відкладаючи значення напруги у вольтах на осі абсцис, значення струму в міліамперах на осі ординат.

2. За формулою:

(1.6)

розраховуємо потужність, що виділяється на навантаженні при кожній зміні значення опору, для 5ти зразків, данні заносимо у таблицю.

3. Графічно зображуємо залежність потужності на навантаження

(1.7)

яка виділяється від напруги, і знаходимо максимальне значення потужності Рмах яке оцінене із співвідношення в формулі (1.4).

4. Розраховуємо величину фактора заповнення ff за формулою (1.5).

5. По отриманим параметрам знаходимо значення ККД сонячного елемента за формулою (1.2) (в нашому випадку використовується загальна площа елемента)

Висновок: У цьому розділі мова йшла про вимірювання, та методику визначення основних параметрів фотоелементів. До них в першу чергу відносяться вимірювання вольт-амперної характеристики. Наступними розглядались фактор заповнення, максимальна потужність, струм короткого замикання, напруга холостого ходу та ККД, за допомогою яких отримали корисні відомості для обчислення результатів досліду. Розглянуто також, обладнання яке використовувалось для проведення досліду.



Розділ 3. Експериментальні результати та їх аналіз

Визначення навантажувальних характеристик та їх розрахунок проводились для 5ти фотоелементів. Слід зазначити, що спектр випромінювання і зміна значень опору для кожного з елементів були однакові. Розрахунок, а також графічна частина для кожного елемента буде представлена окремо. Елементи пронумеровані в порядку вимірювання.

Площа поверхні кожного ФЕП складає 4,96

3.1 Розрахунок параметрів ФЕП № 1

Отже, після проведення експерименту для ФЕПу № 1, данні були занесені до таблиці 1:

Таблиця 1

U, V	I, mA
0,032	3,010
0,032	3,010
0,032	3,010
0,032	3,010
0,117	3,010
0,117	3,010
0,117	3,010
0,117	3,010
0,117	3,010
0,117	3,010
0,117	3,010
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130
0,515	0,130

Далі по даним таблиці будуємо ВАХ:

За формулою (1.6) проводимо розрахунок потужності при кожній зміні значень опору. Данні заносимо у таблицю:

Таблиця 2

U, V	Р, Вт
0,032	0,096
0,057	0,166
0,079	0,228
0,099	0,283
0,117	0,333
0,148	0,414
0,161	0,448
0,203	0,536
0,245	0,448
0,255	0,431
0,282	0,353
0,303	0,300
0,327	0,258
0,345	0,235
0,356	0,199
0,365	0,175
0,373	0,149
0,38	0,14
0,406	0,102
0,51	0,06

Графічно зображуємо залежність потужності навантаження від напруги:

Далі знаходимо вихідну максимальну потужність Рмах ФЕП №1 із формули (1.4). Нагадаю, що максимальна потужність береться із значень у крапці максимального струму та там максимальної напруги, які знаходяться з графіку ВАХ.

Знаходимо величину фактора заповнення ff за формулою(1.5) Струм короткого замикання, а також напругу холостого ходу знаходимо з даних таблиці 1.,або за графіку ВАХ

По отриманим даним знаходимо ККД елемента №1 за формулою (1.2)



3.2 Розрахунок параметрів ФЕП № 2

Таблиця 3. Данні отримані після проведення досліду

U, V	I, mA
0,088	4,340
0,120	4,200
0,15	4,04
0,17	3,94
0,19	3,88
0,216	3,75
0,23	3,70
0,24	3,60
0,256	3,30
0,28	2,35
0,31	1,59
0,343	1,190
0,392	0,680
0,406	0,550
0,418	0,480
0,427	0,390
0,433	0,320
0,448	0,250
0,463	0,240
0,471	0,200

Далі по отриманим даним будуємо ВАХ фотоелементу № 2



За формулою (1.6) проводимо розрахунок потужності при кожній зміні значень опору. Данні заносимо у таблицю:

Таблиця 4

U, V	Р, Вт
0,088	0,382
0,12	0,5
0,15	0,61
0,17	0,7
0,19	0,76
0,216	0,810
0,23	0,85
0,244	0,878
0,25	0,84
0,280	0,658
0,31	0,49
0,343	0,408
0,392	0,267
0,406	0,223
0,418	0,201
0,427	0,167
0,443	0,139
0,448	0,112
0,463	0,111
0,471	0,094



Графічно зображуємо залежність потужності навантаження від напруги:

Далі знаходимо вихідну максимальну потужність Рмах ФЕП №2 із формули (1.4).

Знаходимо величину фактора заповнення ff за формулою(1.5)

По отриманим даним знаходимо ККД елемента №1 за формулою (1.2)



3.3 Розрахунок параметрів ФЕП № 3

Таблиця 5. Данні отримані після проведення досліду

U, V	I, mA
0,093	8,59
0,21	7,8
0,25	7,73
0,3	7,32
0,33	5,1
0,34	4,63
0,34	4,2
0,35	3,45
0,37	2,64
0,37	2,5
0,37	2,27
0,444	1,230
0,455	1,0
0,462	0,910
0,467	0,750
0,469	0,680
0,471	0,570
0,475	0,490
0,483	0,250
0,485	0,150

Далі по отриманим даним будуємо ВАХ фотоелементу № 3



За формулою (1.6) проводимо розрахунок потужності при кожній зміні значень опору. Данні заносимо у таблицю:

Таблиця 6

U, V	Р, Вт
0,093	0,799
0,21	1,69
0,257	1,987
0,30	2,26
0,334	1,703
0,340	1,574
0,34	1,45
0,35	1,22
0,37	0,97
0,37	0,93
0,37	0,86
0,444	0,546
0,455	0,455
0,462	0,42
0,467	0,350
0,469	0,319
0,471	0,286
0,475	0,233
0,483	0,121
0,485	0,073

Графічно зображуємо залежність потужності навантаження від напруги:



Далі знаходимо вихідну максимальну потужність Рмах ФЕП №3 із формули (1.4).

Знаходимо величину фактора заповнення ff за формулою (1.5)

По отриманим даним знаходимо ККД елемента №1 за формулою (1.2)

3.4 Розрахунок параметрів ФЕП № 4

Таблиця 7. Данні отримані після проведення досліду

U, V	I, mA
0,09	8,91
0,182	8,7
0,25	8,45
0,36	7,91
0,40	6,47
0,41	5,91
0,42	5,38
0,43	4,94
0,44	4,41
0,44	4,03
0,47	2,28
0,486	1,580
0,490	1,190
0,493	0,970
0,496	0,800
0,499	0,690
0,500	0,500
0,503	0,260
0,504	0,240
0,505	0,130

Далі по отриманим даним будуємо ВАХ фотоелементу № 4

За формулою (1.6) проводимо розрахунок потужності при кожній зміні значень опору. Данні заносимо у таблицю:

Таблиця 8

U, V	Р, Вт
0,09	0,86
0,18	1,58
0,25	2,16
0,36	2,91
0,40	2,62
0,41	2,44
0,42	2,27
0,432	2,134
0,44	1,94
0,44	1,79
0,47	1,08
0,486	1,58
0,490	1,190
0,493	0,970
0,496	0,800
0,499	0,690
0,500	0,500
0,503	0,260
0,504	0,240
0,505	0,130

Графічно зобразимо залежність потужності від напруги:

Далі знаходимо вихідну максимальну потужність Рмах ФЕП №4 із формули (1.4).

Знаходимо величину фактора заповнення ff за формулою(1.5)

По отриманим даним знаходимо ККД елемента №1 за формулою (1.2)



3.5 Розрахунок параметрів ФЕП № 5

Таблиця 9. Данні отримані після проведення досліду

U, V	I, mA
0,09	9,06
0,18	8,7
0,25	8,64
0,3	8,4
0,34	7,95
0,38	6,12
0,39	5,53
0,40	5,03
0,41	4,58
0,42	4,23
0,42	3,9
0,464	2,21
0,476	1,59
0,482	1,180
0,486	0,960
0,490	0,80
0,493	0,610
0,495	0,490
0,500	0,25
0,502	0,11

Далі по отриманим даним будуємо ВАХ фотоелементу № 5



За формулою (1.6) проводимо розрахунок потужності при кожній зміні значень опору. Данні заносимо у таблицю:

Таблиця 10

U, V	Р, Вт
0,099	0,897
0,182	1,594
0,254	2,195
0,307	2,579
0,344	2,735
0,380	2,326
0,393	2,173
0,404	2,032
0,414	1,896
0,423	1,789
0,429	0,167
0,464	1,025
0,476	0,757
0,482	0,569
0,486	0,467
0,490	0,392
0,493	0,301
0,495	0,243
0,500	0,125
0,502	0,055



Графічно зобразимо залежність потужності від напруги:

Далі знаходимо вихідну максимальну потужність Рмах ФЕП №4 із формули (1.4).

Знаходимо величину фактора заповнення ff за формулою(1.5)

По отриманим даним знаходимо ККД елемента №1 за формулою (1.2)



Висновок

Під час виконання курсової роботи на конкретному практичному завданні закріпили знання, по дослідженню ВАХ фотоелемента на основі кремнію.

Метою курсового проектування було рішення поставленої задачі: визначення основних параметрів ФЕП виходячи з вольт-амперної характеристики.

Були коротко викладені основні положення літератури за властивостями і принципом роботи фотоелементів, а також по імітування сонячного випромінювання в лабораторних умовах.

Наведено основні дані для знаходження параметрів.

Перед проведенням експерименту були викладена послідовність проведення, а так само методику визначення параметрів за отриманими даними.

По завершенню був проведений наочний експеримент, побудовані графіки ВАХ і потужносні характеристики. Знайдені параметри приведені в наступній таблиці:

Параметр Номер				ff	ККД(
№ 1	3,01	0,515	0,530	0,34	0,0012
№ 2	4,32	0,471	0,806	0,395	0,0019
№ 3	8,59	0,485	2,25	0,540	0,0054
№ 4	8,9	0,505	2,9	0,645	0,0070
№ 5	9,06	0,501	2,7	0,6	0,0065

Виходячи з табличних можна судити, що величина параметрів досліджуваних елементів сильно залежить від щільності і спектру освітлення. Значення ККД досить малі, і це говорить про малу тенденцію використання елементів на основі кремнію. Підвищення показників ККД можливо при наявності міжкристалічних кордонів, тим не менш зважаючи на необхідність різання злитків на пластини не забезпечує будь-яких економічних вигод. Реальне достоїнство цих елементів-це можливість отримання тонких плівок і зниження товщини активних областей за рахунок застосування у якості підтримуючої основи дешевих підкладок. На даний час, проводяться досліди, що до здешевлення конструкцій та матеріалів для виготовлення ФЕП, а також підвищення показників ККД.

Размещено на Allbest.ru

...