Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zbadanie własności krzemowej baterii słonecznej, zbudowanej z czterech krzemowych złącz p-n i wyznaczenie jej sprawności.

Dokonujemy tego badając:

-zależność prądu zwarcia I_scod napięcia rozwarcia U_ocprzy różnych natężeniach L światła padającego na baterię,

-zależność prądu zwarcia I_sci napięcia rozwarcia U_ocod natężenia światła L.

Wstęp teoretyczny:

W ogniwach słonecznych wykorzystywane jest zjawisko powstawania, w wyniku oświetlenia, barierowej siły elektromotorycznej na złączu półprzewodnik typu p - półprzewodnik typu n ( złącze p-n ), lub złączu metal- półprzewodnik. Energia świetlna może być więc przetworzona w energię elektryczną, co oznacza, że w odwodzie elektrycznym z ogniwem słonecznym będzie płynął prąd.

W wyniku połączenia ze sobą dwóch półprzewodników o różnych typach przewodnictwa, p i n, na ich styku powstaje różnica potencjałów V_dtworząca barierę dla nośników prądu. W złączu nieoświetlonym położenie poziomu Fermiego E_fjest stałe, a suma prądów przepływających z obszaru p do n i odwrotnie ( I_ni I_p) wynosi zero. Jeśli obszar p złącza zostanie oświetlony, to tworzą się w nim pary dziura-elektron. W wyniku dyfuzji pary te dochodzą do złącza. Elektrony, dla których nie istnieje bariera potencjału, zostaną przeniesione do półprzewodnika elektronowego ( typu n ), dając dodatkowy prąd I_f, który ładuje półprzewodnik elektronowy ujemnie względem dziurowego ( typu p ) i poziomy energetyczne dziur w obszarze n podwyższają się. Rozdzielenie ładunków doprowadza do powstania różnicy potencjałów U_o, ( foto-SEM ), która zmniejsza barierę znajdującą się w złączu nieoświetlonym

Badania laboratoryjne i opracowanie wyników:

Wyznaczenie sprawności ogniwa z zależności Isc=f(Uoc)

dla 50 cm	Isc [mA]	Uoc [V]	mi
1	6,1	2,02	0,065136
2	6,7	2,02	0,071543
3	7,4	2,02	0,079018
4	8,3	2,02	0,088628
5	9,6	2,01	0,102002
6	11,1	2,01	0,11794
7	13,3	2	0,140613
8	15,4	2	0,162815
9	17,9	1,99	0,188299
10	22,4	1,98	0,234453
11	24,8	1,97	0,258262
12	28,4	1,96	0,29425
13	31,4	1,95	0,323673
14	36,6	1,93	0,373406
15	37,8	1,92	0,38365
16	43	1,9	0,431882
17	45,9	1,88	0,456156
18	52	1,84	0,505783
19	56	1,8	0,532848
20	60,4	1,74	0,555557
21	65,7	1,27	0,441074
22	65,7	1,19	0,41329
23	65,9	0,95	0,330942
24	65,9	0,83	0,289139
25	66	0,62	0,216311
26	66,4	0,29	0,101791
27	66,5	0,18	0,063276

dla 70 cm	Isc [mA]	Uoc [V]	mi
1	5,8	1,938	0,04237
2	7,3	1,933	0,05319
3	9,3	1,927	0,067552
4	11,8	1,916	0,085222
5	14,5	1,904	0,104067
6	15,7	1,899	0,112383
7	18,4	1,884	0,13067
8	20,9	1,868	0,147163
9	24,9	1,835	0,172231
10	30,4	1,775	0,203399
11	33,1	1,724	0,215101
12	35,2	1,665	0,220919
13	36,5	1,607	0,221098
14	37,2	1,572	0,220431
15	38,2	1,4	0,201589
16	38,4	1,264	0,182959
17	38,5	1,014	0,147155
18	38,7	0,889	0,129685
19	38,7	0,82	0,119619
20	38,8	0,678	0,09916
21	38,6	0,586	0,085263
22	38,9	0,534	0,078301
23	38,8	0,392	0,057332
24	38,8	0,241	0,035247
25	39,2	0,116	0,01714

Określenie charakteru zmian Isc i Uoc od nateżenia światła

	dla lewej strony		dla prawej strony
x [cm]	Uoc [V]	Isc [mA]	Uoc [V]	Isc [mA]	L	ln L
45	2,07	6,2	0,26	77,7	626,9667	6,440893
50	2,04	6,1	0,24	66,7	523,8874	6,261277
55	2,02	6	0,17	58,2	445,3202	6,098794
60	2	6	0,15	50,5	383,9292	5,950458
65	1,98	5,9	0,13	44,4	334,9572	5,814003
70	1,96	5,9	0,11	39,4	295,2035	5,687665
75	1,94	5,8	0,11	35,3	262,4464	5,570047
80	1,93	5,8	0,09	31,8	235,1028	5,460023
85	1,92	5,7	0,08	29,1	212,018	5,356671
90	1,9	5,7	0,07	26,5	192,3331	5,259229

lnL = -1,717ln(x) + 12,976

L=e^{-1,717ln(x) + 12,976}

współczynniki prostej aproksymującej

a=-0,025 , b=7,55

Wnioski:

Na podstawie pierwszej części dokonanych obliczen, zauważyliśmy iż sprawność rosnie wraz ze wzrostem natężenia do pewnej wartości, powyżej której wartośc sprawności zaczyna gwałtownie malec. W drugiej czesci cwiczenia badaliśmy charakter zmian natężenia i napiecia od natężenia swiatla. Ponieważ natężenie swiatla maleje wraz ze wzrostem odlglosci co wynika z zamieszczonego wzoru to można zauważyć ze napiecie i natężenie pradu rosnie wraz ze wzrostem natężenia swiatla i przy zmniejszaniu odleglsci.

---