Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Оптоэлектронные микро- и наноструктуры». Свистова Т.В
Для снятия вольт-амперной характеристики к освещенному солнечному элементу подключают переменный резистор. Изменяют сопротивление переменного резистора, и измеряют ток, поступающий в резистор и напряжение на солнечном элементе.
Подаем напряжение питания на лампу накаливания лабораторного стенда. Устанавливаем сопротивление нагрузки R в положение, соответствующее минимальному сопротивлению. Изменяя сопротивление нагрузки R от минимального до максимального значений, заносим показания вольтметра (напряжение на нагрузке U) и амперметра (ток нагрузки I) при различных значениях освещенности (2 - 3 значения) в табл. 1.1. Изменение сопротивления рекомендуется производить таким образом, чтобы изменение напряжения находилось в пределах 1 ± 0,1 В.
|
|
|
Таблица 1.1 |
Вольт-амперная характеристика СЭ |
|||
Сопротивление |
|
Е , лк |
|
Сила тока |
Напряжение |
Мощность |
|
R, Ом |
Iн, мА |
Uн, В |
Р, Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для всех снятых показаний по формуле Р = UнIн вычислить мощность, отдаваемую батареей солнечных элементов в нагрузку. По полученным данным построить вольт-амперную и нагрузочную характеристики батареи солнечных элементов. По графику вольт-амперной характеристики найти ток, соответствующий максимальной мощности, отдаваемой батареей солнечных элементов в нагрузку.
2. Исследование световых характеристик.
Исследовать зависимость тока короткого замыкания и напряжения холостого хода от освещенности. Результаты измерений занести в табл. 1.2.
14
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
|
Световые характеристики СЭ |
|||
Освещенность |
|
Ток короткого |
Напряжение |
|
Е, лк |
|
замыкания Iкз, мА |
холостого хода |
|
|
|
|
Uхх, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Определение максимальной мощности, вычисление оптимального сопротивления нагрузки
Для схемы измерения тока солнечного элемента (см. рис. 1.5) построить график зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки солнечного элемента или график зависимости рассеиваемой мощности от напряжения (рис. 1.7). Этот график снят при оптимальном освещении солнечного элемента. Для постройки графика измерялось нагрузочное сопротивление солнечного элемента при различных напряжениях на нем. Затем, исходя из значения сопротивления нагрузки, и тока, протекающего через нагрузку, был построен график мощности, рассеиваемой в нагрузке.
Рис. 1.7. График зависимости рассеиваемой мощности в сопротивлении нагрузки от напряжения на ней
15
В каждой точке вольт-амперной характеристики вычисляем полезную мощность, выделяемую на нагрузке, по формуле P = IU и строим график зависимости полезной мощности от сопротивления нагрузки. По графику определяется оптимальное сопротивление нагрузки, при котором полезная мощность максимальна и само значение максимальной мощности при данной освещенности.
4. Определение коэффициента полезного действия Коэффициент полезного действия определяется по
формуле (1.1).
Световой поток (в люменах) равен произведению осве-
щенности Е на площадь фотоэлемента S |
|
Ф*=Е* S. |
(1.3) |
Чтобы найти поток (в ваттах), умножим световой поток |
|
Фсв на так называемый механический эквивалент света А |
|
Ф = Ф* А = АЕ* S , |
(1.4) |
где А = 0,015 Вт/лк (для длины волны =0,555 мкм). По формуле (1.4) вычисляется значение потока энергии,
а по формуле (1.1) - значение коэффициента полезного действия.
5. Вычислить коэффициент формы по формуле (1.2).
Контрольные вопросы
1.Поглощение оптического излучения и световая генерация носителей заряда в полупроводниковом р-п-переходе.
2.Полупроводниковые фотоэлементы. Принцип дей-
ствия.
3.Вольт-амперная характеристика фотодиода при осве-
щении.
16
4.Особенности конструкции солнечных элементов.
5.Основные параметры и характеристики солнечных элементов.
6.Зависимость предельного кпд солнечных элементов от ширины запрещенной зоны используемых полупроводников.
7.Влияние концентрации солнечного излучения на характеристики фотопреобразователей.
8.Солнечные элементы на р-п-переходах.
9.Солнечные элементы с гетеропереходами.
10.Поверхностные и тонкопленочные солнечные эле-
менты.
17
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗКОГО АНИЗОТИПНОГО ГЕТЕРОПЕРЕХОДА
Цель работы: исследование параметров резкого анизотипного гетероперехода, построение энергетической диаграммы идеального гетероперехода по правилу электронного сродства; исследование вольт-амперной характеристики гетероперехода.
Используемое оборудование и материалы: характе-
риограф, осциллограф, структура с гетеропереходом.
Теоретическая часть
Полупроводниковые гетероструктуры лежат в основе конструкций современных транзисторов, приборов квантовой электроники, СВЧ-техники, электронной техники для систем связи, телекоммуникаций, вычислительных систем и светотехники.
Основным элементом гетероструктур различного типа является гетеропереход.
Под гетеропереходом понимается контакт двух различных по химическому составу полупроводников, при котором кристаллическая решетка одного материала без нарушения периодичности переходит в решетку другого материала.
Различают изотипные и анизотипные гетеропереходы. Если гетеропереход образован двумя полупроводниками одного типа проводимости, то говорят об изотипном гетеропереходе. Анизотипные гетеропереходы образуются полупроводниками с разным типом проводимости.
Существует три модели гетероперехода:
-идеальный гетеропереход;
-неидеальный гетеропереход;
-гетеропереход с промежуточным слоем.
18