Charakterystyka fotoogniwa

Przygotowały:

Szmigielska Aleksandra,

Sobolewska Aneta,

Kuźma Ewa.

Wprowadzenie :

Fotoogniwo – to element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Budowa fotoogniwa:

1. Elektroda, płytka miedziana,

2. Cienka warstwa tlenku miedziawego Cu₂O,

3. Cienka, przeźroczysta warstwa jakiegoś metalu.

Cele ćwiczenia:

- Wyznaczenie zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od natężenia oświetlenia dla każdego z filtrów,

- Wyznaczenia zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od prądu obciążenia U = f(I) oraz zależności mocy oddawanej przez fotoogniwo od oporności obciążenia P = f(R).

Przyrządy niezbędne do wykonania ćwiczenia:

- fotoogniwo,

- filtry : niebieski, zielony, czerwony,

- obciążnik,

- woltomierz.

Metoda pomiarów:

Schemat układu pomiarowego:

R_w - oporność wewnętrzna fotoogniwa,

mV - miliwoltomierz o dużej oporności wewnętrznej,

R_obc - opornica dekadowa,

U - napięcie wyjściowe fotoogniwa,

mA - mikroamperomierz.

Wykonujemy pomiary zależności napięcia U ogniwa od odległości r źródła światła. Zmieniamy odległości. Pomiary wykonujemy dla trzech filtrów.

Wyniki przedstawiłyśmy w tabeli:

Lp.	Ucz[mV]	Uz[mV]	Un[mV]	R [m]	$$\frac{1}{r^{2}}\left\lbrack \frac{1}{m^{2}} \right\rbrack$$
1	192,2	162,8	88,0	0,2	25,0
2	149,0	125,0	58,0	0,25	16,0
3	89,0	89,0	42,8	0,3	11,1
4	88,9	66,3	28,2	0,35	8,2
5	74,8	58,8	32,4	0,4	6,3
6	69,8	47,2	35,6	0,45	4,9
7	63,5	42,3	33,3	0,5	4,0
8	59,1	40,7	34,0	0,55	3,3
9	56,1	35,5	31,6	0,6	2,8
10	55,6	32,9	29,9	0,65	2,4

Na podstawie wyników wykonałyśmy wykresy $U = f\left( \frac{1}{r^{2}} \right)$ dla każdego z filtrów:

Wykres dla płytki czerwonej:

Wykres dla płytki zielonej:

Wykres dla płytki niebieskiej:

Przy podłączonym obciążeniu, przy stałym ociepleniu filtra czerwonego. r = 0, 2m. Oporność obciążenia to od 0 do 100 kΩ. Wyniki przedstawiamy w tabeli:

Lp.	Robc[kΩ]	I[A]	U[V]	P[W]
1	0	0,2	0,1	0,2
2	1	0,2	2,4	0,78
3	2	0,2	4,3	0,89
4	3	0,2	6	1,2
5	4	0,1	7,8	0,78
6	5	0,1	9	0,9
7	6	0,1	10,2	1,02
8	7	0,1	11,5	1,15
9	8	0,1	12,4	1,24
10	9	0,1	13,3	1,33
11	10	0,1	14,2	1,42

Na podstawie wykonanej przez nas tabeli, przedstawiamy wykres U = f(I) :

Wykres zależności mocy oddawanej przez fotoogniwo od oporności obciążenia P =f (R_obc).

Wnioski:

Podczas wykonywania ćwiczenia zaobserwowano, że wraz ze zmniejszaniem się odległości r tzn. źródła światła i elementu fotoelektrycznego (fotoogniwa) wzrasta napięcie prądu samoindukcyjnego w fotoogniwie.Przyczyną powstałych błędów może być samo fotoogniwo gdyż elementy fotoelektryczne wykazują dużą niestabilność.