ћощность солнечной батареи усиливает полупроводниковый преобразователь

ћощность солнечной батареи усиливает полупроводниковый преобразователь

Ѕолее чем за полвека ученые перепробовали огромное количество различных вариантов и способов добычи и использовани€ солнечной энергии. ƒорогие и малоэффективные технологии уступали место привлекательным и дешевым разработкам, которые не прекращают совершенствоватьс€ на прот€жении многих лет. ќднако постепенное удешевление установок делает энергию солнца все более привлекательной.

Ѕелорусские ученые – доктор технических наук, профессор Ѕелорусского национального технического университета ¬.ј. —ычик, доктор технических наук, профессор Ѕелорусского государственного аграрного технического университета ¬.». –усан и кандидат наук, доцент ЅЌ“” Ќ.Ќ. ”ласюк предлагают вниманию разработанную конструкцию преобразовани€ солнечной энергии в электрическую на полупроводниковых p-n структурах.

ƒл€ преобразовани€ солнечной энергии в электрическую используютс€ устройства, содержащие оптический усилитель в форме линзы ‘ренел€ и фотоэлектрический элемент, представл€ющий структуру в виде двух гетеродиодов, гомоперехода и туннельного диода.

Ќедостатками такого типа преобразователей солнечной энергии €вл€ютс€ невысока€ выходна€ мощность, узкий частотный спектр оптической энергии.

Ќами разработана конструкци€ устройства преобразовани€ солнечной энергии в электрическую (”ѕ—Ё) на полупроводниковых p-n структурах, в котором существенно улучшены указанные параметры.

 онструктивно ”ѕ—Ё состоит из полупроводниковой р+-i-n-р-p+ фоточувствительной структуры, включающей i -слой широкозонного полупроводника, n-слой широкозонного полупроводника и р Цслой того же широкозонного полупроводника. Ќа р-слое широкозонного полупроводника сформирован р+-слой , который размещен на металлическом основании и €вл€етс€ омическим контактом к этому основанию. Ќа i-слое широкозонного полупроводника сформирован сильнолегированный р+-слой, на котором размещен провод€щий слой из прозрачного материала, одновременно €вл€ющийс€ просветл€ющим слоем. Ќа провод€щий слой, €вл€ющийс€ омическим контактом к р+-слою, нанесены внешние металлические выводы.

ѕри воздействии квантов света на рабочую поверхность фоточувствительной структуры ”ѕ—Ё со стороны электропровод€щего просветл€ющего сло€ фотоны с энерги€ми ≈v ≥ ≈ƒ, где ≈ƒ ширина запрещЄнной зоны широкозонного полупроводника, проход€т просветл€ющий слой, р+-слой широкозонного полупроводника и достигают i-слой собственной проводимости, в котором создают избыточную концентрацию носителей. »збыточна€ концентраци€ фотогенерированных электронов и дырок в i-слое определ€етс€ из зависимости

э6_1.jpg

где β - квантовый выход, η - коэффициент поглощени€ света в i-слое, Iv -интенсивность света, τn , τp - врем€ жизни избыточных электронов и дырок. ‘отогенерированные дырки раздел€ютс€ полем второго i-n перехода фоточувствительной структуры и движутс€ под действием электрического пол€ первого р+ - i перехода к омическому контакту, а фотогенерированные электроны в i-слое движутс€ под действием электрического пол€ второго i-n перехода через n-слой к третьему n-p переходу фоточувствительной структуры ”ѕ—Ё.

¬следствие разделени€ зар€дов на последовательно соединЄнных р+-i и i-n переходах возникает суммарнае фото Ёƒ— Ud, максимальное значение которой при холостом ходе

э6_2.jpg

и течЄт ток через i-n переход, обусловленный оптически генерированными электронами и дырками

э6_3.jpg

«десь Iф. - максимальна€ плотность фототока, соответствующа€ данной освещенности; Is - ток насыщени€ n-p перехода.

¬ общем случае при заданной интенсивности света фототок, обусловленный избыточными носител€ми зар€да с концентраци€ми Δn и Δp, определ€етс€ выражением:

э6_4.jpg

Ќапр€жение Ud пр€мой пол€рности и градиент концентрации носителей в n-слое широкозонного полупроводника обеспечивает инжекцию электронов из n-сло€ через третий резкий n-p переход в p-слой причем плотность тока через него при последовательном соединении всех трех переходов фоточувствительной структуры одинакова и равна значению тока Iа. ¬еличина фото Ёƒ— определ€етс€ суммарной высотой потенциальных барьеров первого р+-i и второго i-n переходов и составл€ет величину (0,8÷1,0) ¬.

—оздано экспериментальное устройство Ц полупроводниковый преобразователь солнечной энергии в электрическую размером 48 х 48 мм, который может использоватьс€ как элемент-модуль солнечной электростанции. ”стройство выполнено структурой р+-i Si резкий переход n-p Si резкий переход с омическими контактами из светопровод€щего прозрачного окисла олова.

Ёкспериментальный полупроводниковый преобразователь солнечной энергии размером полезной площади 48 х 48 мм при интенсивности солнечного излучени€ –Σ = 65 м¬т/см2 позвол€ет получать рабочий ток I = 0,32 ј, рабочее напр€жение 0,9 ¬, полезную выходную мощность –вых = 0,3 ¬т . –абоча€ температура “р=200—, расчЄтна€ надЄжность безотказной работы ”ѕ—Ё составл€ет 105 часов. ƒл€ прототипа аналогичных размеров эти параметры соответственно составл€ют: I = 0,21 ј, –¬№1’ = 0,15 ¬т, “р=250— и надЄжность работы не выше 2-104 часов.

Ќа базе созданного устройства преобразовани€ солнечной энергии (”ѕ—Ё) при использовании матрицы элементов может быть изготовлена солнечна€ батаре€ электрической энергии больших мощностей, используема€ как автономный источник электроэнергии в стационарных, подвижных и космических объектах.

  • ƒата публикации: 08.01.2014
  • 1517
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150