Вольт-амперная характеристика солнечного элемента

Найдем обобщенное выражение для вольт-амперной характеристики освещенного p–n-перехода. Для этого предположим, что к нему подключен источник питания с варьируемым напряжением. При положительном напряжени смещения фототок вычитается из «темнового» тока p–n-перехода, а при отрицательном – суммируется с ним. Выражение для вольт-амперной характеристики записывается в виде

. (5.8)

Рассмотрим подключение к p–n-переходу варьируемого сопротивления нагрузки (рис.5.3.,в). Направление тока в нагрузке всегда совпадает с направлением , а сам ток нагрузки равен результирующему току через p–n-переход (см. (5.7)). Принимая направление тока за положительное, для можно записать

, (5.9)

здесь – напряжение на нагрузке, равное напряжению на p–n-переходе.

Выражение (5.9) описывает нагрузочную вольт-амперную характеристику освещенного p–n-перехода. Нагрузочная ВАХ арсенид-галлиевого p–n-перехода для значения фототока А изображена на рисунке 5.3.,а., на этом же рисунке изображены ВАХ омических сопротивлений нагрузки

, (5.10)

для Ом, Ом и Ом.

Рисунок 5.4. Нагрузочная ВАХ p–n-перехода в GaAs и характеристики при значениях 0,1 (1), 1,026 (2) и 10 Ом (3) (а) и эквивалентная схема освещенного p–n-перехода с сопротивлением нагрузки (б)

При известных параметрах нагрузочной ВАХ (5.9) и заданном значении величины и находятся методом последовательных приближений при совместном решении (5.9) и (5.10) либо графически, как это сделано на рис.5.4, а. Если мало, пересечение графиков происходит на горизонтальном участке нагрузочной ВАХ, т.е. на участке, где «темновым» током через p–n-переход можно пренебречь по сравнению с фототоком. По мере увеличения ток через нагрузку уменьшается, т.к. с увеличением прямого смещения p–n-переход как бы шунтирует нагрузку.

Освещенный часть p–n-переход в соответствии с выражением (5.9) может быть представлен в виде эквивалентной схемы (рис. 5.4, б). Здесь источник тока имитирует генерацию постоянного фототока, не зависящего от напряжения p–n-перехода, а диод представляет собой неосвещенный p–n-переход. При варьировании фототок перераспределяется между нагрузкой и p–n- переходом.

Электрическая мощность, выделяемая в нагрузке, определяется по формуле (пренебрегаем единицей в формуле (5.9))

. (5. 11)

В режимах короткого замыкания и холостого хода , поскольку либо , либо равны нулю.