Испытание ФЭП в условиях экстремальных температуных колебаний

Авторы: Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И.

Источник: http://aaecs.org/shutov.html

Реальные условия работы фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) связаны с периодическим воздействием на приборные структуры различных внешних неблагоприятных факторов, приводящих к деградации эксплуатационных характеристик ФЭП. На стадии проектирования и разработки новых конструкций ФЭП важно максимально полно уменьшить негативное влияние внешних факторов и, учитывая это, оптимизировать конструкцию фотопреобразователя.

Для изучения влияния температурных колебаний в условиях концентрированного потока излучения на эксплуатационные характеристики и электрофизические параметры приборных структур ФЭП нами разработан измерительный стенд [1]. Блок схема измерительного стенда представлена на рис. 1. Для исследования свойств на образец ФЭП 1, помещенный в вакуумную камеру 2, направляется световой поток, сформированный источником излучения 4, линзой Френеля 5, светофильтром 6 и кварцевым окном 7. Температурная зависимость параметров ФЭП определяется при испарении жидкого азота из трубки крепления образца под действием нагрева печи 3. Регулировка мощности светового потока осуществляется при помощи источника питания ИСН-1, а скорость нагрева образца – блоком УИП- 8. Коммутатор и блок измерительных приборов, обозначенных на рис 1 (mA, ma; В7-27; В7-16) служат для контроля температуры образца и снятия нагрузочных характеристик и определения характера потерь, сопровождающих процесс преобразования световой энергии в электрическую.

Определение величины этих потерь, с одной стороны, позволяет установить причину снижения коэффициента полезного действия (к.п.д), с другой - совершенствовать технологию изготовления ФЭП.

Баланс подводимой к p-n- переходу ФЭП и отводимой от него энергии может быть представлен в виде [2]:

Здесь E_g – ширина запрещенной зоны полупроводника, N_c и N_v – эффективные плотности состояний у краев зон проводимости и валентной, соответственно; U_к=(E_g/e)+(kT/e)[ln(N_D/N_C)+ln(N_A/N_V)] - контактная разность потенциалов, I_ф=I_кз – ток короткого замыкания, I_н, U_н – соответственно. Ток и напряжение на нагрузке, соответствующее максимальной электрической мощности P_эл.max, отдаваемой образцом ФЭП.

В соответствии с выражением (1) подводимая энергия излучения, теряемая и отводимая электрическая энергия представляется в виде диаграммы (рис. 2). Кривая на рис. 2 представляет собой нагрузочную характеристику:

Прямоугольники 1 и 2 (рис. 2) соответствуют энергетическим потерям на нагрев контактов, 3 – потери энергии в области p-n- перехода, 4 – полезная отводимая электрическая энергия, 5 – потери при рекомбинации электронно – дырочных пар при протекании темнового тока. В сумме площадь всех прямоугольников соответствует энергии подводимого излучения .

Таким образом, определение нагрузочной характеристики на устройстве, приведенном на рис. 1 позволяет определить соотношение компонентов энергетических потерь, а изменение этого соотношения при различных уровнях освещенности и различных температурах образца ФЭП – анализировать причины и оптимизировать конструктивное исполнение ФЭП.

Литература

1.                  МПК G01R31/26 Лубяный В.З., Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Устройство для изучения эксплуатационных характеристик фотовольтаических преобразователей. (Свидетельство №55796А от 15.04.2003 г.)

2.                  Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. – Л.: Наука, 1989. – 310 с.