СЭ - Спектральная чувствительность и ВАХ солнечного элемента (991023), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Параметры идеального источника тока IФ определяются преимущественно характеристиками светового потока и оптическими параметрами материала, наличие прямовключенного идеального диода необходимо для учета тока через p-n переход, возникающего под действием прямого смещения из-за наличия избыточных концентраций электронов в n − области прибора и избыточной концентрации дырок в его p − области. Появление в эквивалентной схеме шунтирующего сопротивления обусловлено наличием различного рода токовутечки в приборе, а последовательное сопротивление учитывает наличиеконтактных сопротивлений между полупроводниковым материалом и металлизированными внешними контактами прибора, сопротивление p- и n- областей ФЭПП. Измерение вольт − амперных характеристик ФЭПП позволяетопределить численные значения параметров его эквивалентной схемы, чтоявляется одной из задач данной лабораторной работы.Рис.3.
Эквивалентная схема фотоэлектрического преобразователя солнечнойэнергии. На схеме обозначено направление протекания прямого тока IДчерез p-n – переход (диод) и прямое напряжение на нем UД. Значениедругих параметров и элементов схемы разъясняется в основном тексте.http://ftemk.mpei.ac.ru/ncsПодготовлено В.А. Воронцовым © 2002e-mail: vlad@ftemk.mpei.ac.ru82.
ИЗМЕРЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИФЭППСпектральная чувствительность ФЭПП определяется [1] как спектральная зависимость тока его короткого замыкания Iкз, рассчитанного на единицуэнергии падающего оптического излучения. Схема установки для измеренияспектральной чувствительности ФЭПП приведена на рис.4. Оптическая частьустановки состоит из источника света (1), и монохроматора (2). В качествеисточника света используется галогенная лампа накаливания типа КГИ150−24, а в качестве монохроматора – оптическая часть спектрофотометраСФ4 (или СФ4А).
Установка снабжена также блоком питания источника света (3), и камерой (4) в которую помещается исследуемый образец (5). Все измерения проводятся при комнатной температуре. Электрическая часть измерительной схемы включает источник питания измерительной цепи (6), нагрузочный переменный резистор (7), вольтметр (8) и амперметр (9). В качествеисточника питания измерительной цепи используется источник постоянноготока П4105, для измерения напряжения применяется цифровой вольтметрВ7-21А, а для измерения тока − цифровой вольтметр В7-21 с соответствующей приставкой.
Элементы, обведенные на рис.4 пунктирным прямоугольником расположены в блоке коммутации (БК).Рис. 4. Блок-схема установки для измерения спектральной чувствительностиФЭПП, а также световой и темновой вольт-амперных характеристикприбора. 1 – лампа накаливания КГИ 150 – 24; 2 – монохроматор СФ4(СФ4А); 3 – блок питания источника света; 4 – камера для исследуемого ФЭПП; 5 – исследуемый образец ФЭПП; 6 – источник питаниятипа П4105; 7 – переменный резистор цепи нагрузки; 8 – вольтметрВ7 – 21А; 9 – амперметр В7 – 21; БК - блок коммутации; ПП1 – тумблер для подключения в измерительную цепь внешнего источника питания 6; ПП2 – тумблер для изменения напряжения полярности внешнего источника питания 6.http://ftemk.mpei.ac.ru/ncsПодготовлено В.А.
Воронцовым © 2002e-mail: vlad@ftemk.mpei.ac.ru9Помимо переменного резистора в БК входят также переключатель ПП1, позволяющий проводить измерения как при подключенном блоке питания измерительной цепи 6, так и без его подключения. Переключатель ПП2 обеспечивает возможность изменения полярности напряжения, выдаваемого блоком питания 6. Измерение спектральной чувствительности ФЭПП осуществляется при отключенном источнике питания 6, что достигается переводомПП1 в нижнее положение. После установки номинального режима для источника света на шкале длин волн монохроматора следует установить длинуволны 650 нм и полностью открыть щель монохроматора. Затем нужно расположить исследуемый образец в измерительной камере установки такимобразом, чтобы световой пучок, выходящий из монохроматора, полностьюосвещал рабочую поверхность исследуемого образца.
Далее, устанавливаетсяначальное значение длины волны λ0 спектра и измеряется величина Iкз(λ0)при нулевом сопротивлении нагрузочного резистора и максимальном значении ширины щели монохроматора. После этого, оставляя щель полностьюоткрытой, установить новое значение длины волны на шкале монохроматораи вновь провести измерение тока короткого замыкания.
Для удобства последующей обработки результатов измерения рекомендуется изменения длиныволны излучения осуществлять с постоянным шагом λ1. Для расчета спектральной чувствительности ФЭПП полученные значения IКЗ(λ) следует разделить на число фотонов N(λ), при котором получено измеренное значениетока короткого замыкания. Численные значения параметров λ0, λ1 рекомендуется принять равными 500 нм и 10 нм соответственно. Таблицу значенийспектра N(λ) получить у преподавателя(лаборанта).
Результаты измерения спектральной чувствительности ФЭППпредставить в виде графика.3. ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОВОЙ И ТЕМНОВОЙ ВОЛЬТ−АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЭПП3.1. ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОВОЙ ВОЛЬТ − АМПЕРНОЙХАРАКТЕРИСТИКИПосле завершения измерения спектральной чувствительности ФЭППследует определить длину волны спектра λМ, соответствующую максимумуотношения IКЗ(λ)/N(λ). Затем на шкале длин волн монохроматора установитьнайденное значение λМ и полностью открыть щель прибора. ПереключательП1 на блоке коммутации установить в нижнее положение (отключив источник питания измерительных цепей 6).
Увеличивая сопротивление переменного резистора (7 на рис.4) для каждого его значения записать значение напряжения U на ФЭПП (по показаниям В7-21А) и тока I в измерительной цепи(по показаниям В7-21). Изменять сопротивление переменного резистора наhttp://ftemk.mpei.ac.ru/ncsПодготовлено В.А. Воронцовым © 2002e-mail: vlad@ftemk.mpei.ac.ru10каждом шаге необходимо с таким расчетом, чтобы число точек вольт − амперной характеристики было не меньше 15.
Результаты измерения представить в виде графика, аналогичного приведенному на рис.2.3.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМНОВОЙ ВОЛЬТ − АМПЕРНОЙХАРАКТЕРИСТИКИДля измерения темновой вольт − амперной характеристики следует полностью закрыть щель прибора (установив на соответствующей шкале нулевое значение щели). Сопротивление переменного резистора (7 на рис.4) нужно установить минимально возможным, для чего подвижный элемент резистора вывернуть влево до упора. После этого задать выходное напряженияисточника питания П4105 (контролируется по встроенному вольтметру прибора) равным 0, а затем с помощью тумблера ПП1 на блоке коммутации подключить источник питания к измерительной цепи. Установив переключатьПП2 в положение “Прямая ветвь”, измерить вольт − амперную характеристику прямой ветви ФЭПП.
Для этого необходимо увеличить напряжениеисточника питания 6 с шагом в 0,05 В и измерять при каждом новом значении напряжения источника ток через ФЭПП (по данным амперметра В7-21) инапряжение на нем (по шкале В7-21А). Измерения прямой ветви следуетсчитать законченными при достижении напряжения на ФЭПП максимальнодопустимой величины в 0,8 В.
После этого напряжение источника питания 6необходимо плавно уменьшить до нуля и переключить ПП2 в положение“Обратная ветвь”. Далее измерения характеристик обратной ветви темновойвольт − амперной характеристики ФЭПП выполняются полностью аналогично описанным выше измерениям прямой ветви, включая одинаковую величину шага напряжения источника питания и максимальную величину напряжения на исследуемом приборе.
После достижения максимального значениянапряжения на ФЭПП следует плавно уменьшить до нуля напряжение источника питания 6, а затем отключить его от сети. После завершения измеренийтемновую вольт − амперную характеристику прибора следует представить вграфическом виде на одном рисунке со световой характеристикой ФЭПП.4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ ИВОЛЬТ - АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРАЧасть световой характеристики ФЭПП в первом квадранте (рис. 2) и еепродолжение в четвертом квадранте представляют собой [1] прямую линию.Наклон этой прямой к оси токов характеризует последовательное сопротивление ФЭПП:Rп =∆U c∆I c(2)http://ftemk.mpei.ac.ru/ncsПодготовлено В.А.
Воронцовым © 2002e-mail: vlad@ftemk.mpei.ac.ru11Величину шунтирующего сопротивления с приемлемой степенью точностиможно определить [1] по наклону обратной ветви темновой вольт − ампернойхарактеристики:Rш =∆U т∆I т(3)Построение темновой характеристики позволяет также найти обратныйток насыщения IОН. Продолжение линейного участка на обратной ветви темновой характеристики до пересечения с осью ординат (токов), дает искомуювеличину IОН.В рабочем состоянии ФЭПП его p-n – переход включен в прямом направлении, поэтому правильнее определять ток насыщения не по обратной, апо прямой ветви темновой вольт – амперной характеристики прибора.
Дляэтого можно воспользоваться [1] темновой характеристикой ФЭПП, представленной в виде уравнения прямой в отрезках:Ln(I д + I он ) = Ln( I он ) +eUAkT(4)Это уравнение применяется [1] только в случае больших токов (IД>>IОН), атакже рекомбинационного механизма протекания обратного тока насыщениячерез p-n – переход. Тангенс угла наклона прямой, описываемой уравнением(4) в координатах lnIД=f(U) равен e/AkT (что позволяет рассчитать величинупараметра А в уравнении (1)), а отрезок, отсекаемый на оси ординат, даетзначение ln IОН.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
