البصرية خصائص من المجموعة الشمسية خلية مواد
غالباً ما تحدد الخواص البصرية للخلايا الشمسية الكفاءة القصوى للخلايا الشمسية وهي أساس تصميم العملية.
(1) قانون الامتصاص
عندما يحدث شعاع من الإشعاع الطيفي I0 على سطح أشباه الموصلات متعامدًا ، بعد طرح الانعكاس ، يكون الإشعاع الطيفي الذي يدخل في شبه الموصل I0 (1-R) ، والمسافة من السطح الأمامي x في أشباه الموصلات. يتحدد الإشعاع الطيفي بموجب قانون الامتصاص: عندما يكون سمك الصفيحة d ، يمكننا الحصول على تقريب أكثر اكتمالاً للنفاذية.
العلاقة بين معامل الامتصاص والطول الموجي لسيليكون كريستالي أحادي ، زرنيخيد الغاليوم وبعض مواد الخلايا الشمسية المهمة
(2) الامتصاص الداخلي
في الصور الذرية ، يمكن فهم الامتصاص الداخلي للسيليكون على أنه حقيقة أن ذرة السليكون متحمسة بفوتون ، مما يجعل إلكترون التكافؤ إلكترونًا حرًا مع ترك ثقب في كسر الرابطة التساهمية. وقد وجدت التجارب أن تلك الفوتونات فقط التي يكون حجمها أكبر من عرض النطاق الممنوع مثلا يمكن أن ينتج امتصاصًا جوهريًا.
من الواضح أن الفوتون الحادث يجب أن يرضي أو تواتر الضوء الذي يمكن أن ينتج فيه Vo - امتصاصًا جوهريًا (حد امتصاص التردد) ؛ justo-- فقط الطول الموجي للامتصاص الداخلي للضوء (حد امتصاص الطول الموجي).
ويعتقد أن السيليكون شفاف إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء مع وجود طول موجة أكبر من 1.15 ميكرومتر.
الدائرة المكافئة للخلية الشمسية ، طاقة الخرج وعامل التعبئة
(1) دائرة مكافئة
من أجل وصف حالة تشغيل البطارية ، غالباً ما يتم محاكاة البطارية ونظام التحميل بدائرة مكافئة.
1. مصدر تيار مستمر: تحت إضاءة مستمرة ، فإن خلية شمسية في حالة العمل لا تغير التيار الضوئي مع حالة العمل. يمكن اعتباره مصدر تيار مستمر في الدائرة المكافئة.
2. التيار المظلم Ibk: جزء من تيار ضوئي يتدفق خلال الحمولة RL ، ويتم إنشاء وحدة الجهد U عبر الحمولة. في المقابل ، هو متحيز إلى الأمام إلى تقاطع PN ، مما تسبب في تيار داكن Ibk مقابل اتجاه photocurrent.
3. بهذه الطريقة ، يتم رسم الدائرة المكافئة للخلية الشمسية المثالية PN.
4. سلسلة RS المقاومة: بسبب الاتصال بين الأقطاب الأمامية والخلفية ، والمادة نفسها لديها مقاومة معينة ، فإنه لا مفر من إدخال مقاومات إضافية في الطبقات الأساسية والعليا. عندما يمر التيار المتدفق خلال الحمولة من خلالهم ، سيؤدي حتمًا إلى خسارة. في دائرة مكافئة ، يمكن تمثيل تأثيرها الكلي من خلال سلسلة المقاوم RS.
5. المقاومة المتوازية RSH: نظرًا لتسرب حافة البطارية وتصلب الجسر المعدني المتكون عند الصدع الدقيق ، الخدش ، وما إلى ذلك ، عند إجراء قطب كهربائي ، فإن جزءًا من التيار الذي يجب تمريره خلال الحمل يكون قصيرًا دارة. المقاوم RSH ما يعادل.
عندما يكون التيار المتدفق في الحمولة RL هو I والجهد المطلق للحمل RL هو U ، يتم الحصول عليه:
P في الصيغة هي طاقة الإخراج التي تم الحصول عليها عند الحمل RL عندما يتم تشعيع الخلية الشمسية.
(2) انتاج الطاقة
عندما يكون التيار المتدفق في الحمولة RL هو I والجهد المطلق للحمل RL هو U ، يمكن الحصول على أن P في الصيغة هي طاقة الإخراج التي تم الحصول عليها عند الحمل RL عند تشعيع الخلية الشمسية.
عندما يتغير الحمل RL من 0 إلى ما لا نهاية ، يتغير جهد الخرج U من 0 إلى U0C ، ويتغير تيار الخرج من ISC إلى 0 ، ومن ثم يرسم منحنى حمل الحمل للخلية الشمسية. أي نقطة على المنحنى تسمى نقطة العمل. تسمى نقطة العمل وخط الأصل خطوط التحميل. يكون المقابل لميل خط التحميل مساوياً لـ RL. إن الإحداثيات الأفقية والرأسية المقابلة لنقطة العمل هي الجهد الكهربائي والعمل الحالي.
عند ضبط مقاومة الحمولة RL إلى قيمة معينة Rm ، يتم الحصول على نقطة M على المنحنى ، ويكون ناتج تيار العمل المقابل Im والجهد العامل Um أكبر ، وهو: Pm = ImUm
بشكل عام ، النقطة M هي نقطة التشغيل المثلى (أو أقصى نقطة للطاقة) للخلية الشمسية ، Im هو تيار العمل الأمثل ، أم هو جهد التشغيل الأمثل ، Rm هي مقاومة الحمل المثلى ، و Pm هي الطاقة القصوى للإخراج.
(3) عامل التعبئة
1. تُعرف نسبة القدرة القصوى للخرج إلى (Uoc × Isc) بعامل التعبئة (FF) ، والذي يعد أحد المؤشرات المهمة لقياس خصائص الخرج للخلايا الشمسية.
2. عامل تعبئة يميز مزايا وعيوب الخلايا الشمسية. في ظل بعض الإشعاع الطيفي ، كلما كان FF أكبر ، كلما زاد "مربع" المنحنى وكلما زادت قوة الخرج.