Фотогальванические элементы

Полупроводниковыми фотоэлементами называют приборы, принцип действия которых основан на фотогальваническом эффекте – явлении возникновения фото э.д.с. в электрическом переходе при облучении его световым потоком.

Для изготовления фотогальванического элемента используются такие материалы, как Se и Si . На металлическую пластину тол­щиной 1…2 мм методом термического испарения в вакууме наносится слой селена р-типа и это соединение прогревается при температуре 200…210° С. Затем на слой селена напыляется пленка состава Сd, Ga или In. При последующей термообработке на поверхности селена образуется селенистое соединение n- типа толщиной около 50 мкм, таким способом получают р-n- переход.

Вольт-амперная характеристика облученного р-n-перехода приве­дена на рис. 6.4. Первый квадрант – диффузионная ветвь, третий – характеристика фотодиодно­го включения, четвертый – характе­ристика полупроводникового фотоэле­мента.

Принцип действия фотоэлемента можно пояснить с помощью рис. 6.5.

Рис. 6.4 Рис. 6.5

Под воздействием светового потока генерируются пары носите­лей электрон – дырка и при величине светового потока hυ ≥ ΔW электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости и затем под воздействием контактной разности потенциалов перебрасываются в n-область, что приводит к изменению ЭДС на внешних выводах, т.е. появляется фото-ЭДС.

Спектральная характеристика фотоэлемента приведена на рис. 6.6: 1– селеновый, 2 – сернисто серебряный, 3 – кремниевый, кривая 4 соответствует видности глаза.

Рис. 6.6

Вольт-амперная и энергетическая характеристики фотоэлементов изображены на рис. 6.7, а, б соответственно.

.

а б

Рис. 6.7

Основные параметры фотоэлементов:

1. Интегральная чувствительность 300…700 мкА / лм;

2. Величина фото-ЭДС. Е_Ф = 0,5 … 0,6 В для селеновых фото­элементов.

3. Коэффициент полезного действия: к.п.д. η = (U_R*I) / Ф

Для селеновых фотоэлементов η = 1…2 %, сульфида кадмия η = 8 %, арсенида галлия η = 13 %, для кремния η = 15…19 %.

Важным параметром является отношение мощности солнечной батареи к ее массе. Например, для арсенидгаллиевых батарей это отношение составляет 50 Вт / кг, для сульфид-кадмиевых – 200 Вт/кг.