Fizika matematika fanlari nomzodi

Rasm 2. Yarimo’tkazgichli ayrim materiallar uchun yutilish ko’rsatkichining foton energiyasiga bog’liqligi.. 1- Si, 2-CdTe, 3-GaAs, 4-InP.

Materialning yutilish koeffitsienti α yutilish ko’rsatkichi K bilan α q 4πKG’λ munosabat orqali bog’langan. Shunday qilib, ma’lum va aniq qalinlikka ega bulgan YaO’ material namunalaridan O’taetgan optik nurlanish intensivligini O’zgartirib K va λ ning shu modda uchun qiymatlarini topish mumkin.

Quyosh elementlari tayyorlanadigan ayrim YaO’ materiallar uchun 2-rasmda α ning energiyaga bog’liq holda o’garishi keltirilgan. Rasmdan kO’rinadiki, yutilish kO’rsatkichi α ning spektral xarakteristikasi keltirilgan YaO’ materiallarda bir-biridan katta farq qiladi va bu farq asosan ularning sohali tuzilmasi va optik O’tishlar xarakteriga bog’likdir. GaAs, InP, CdTe YaO’ materiallarda tO’g’ridan-tO’g’ri soha-soha xarakterdagi optik O’tishlar mavjud bo’lib, nurlanish spektrida Eg dan ortiq energiyali fotonlar paydo bo’lishi bilan α tezda 10⁴ – 10⁵ smˉ¹ darajasiga kO’tariladi.
Kremniy materialida esa yutilish jarayoni 1,1 eV dan boshlab tug’ri bo’lmagan energetik O’tishlar orqali bo’ladi va buning uchun xam yorug’lik kvanti, hamda panjara tebranishlari kvanti-fononlar ishtiroki talab qilinadi.
Shuning uchun, yutilish kursatkichi α asta-sekin ortib boradi. Faqat fotonlar energiyasi 2,5 eV ga etgandan keyingina soha-sohali O’tishlar tO’g’ridan-tO’g’ri O’tishlarga aylanadi va yutilish keskin orta boshlaydi.
Yutilish koeffitsientining spektral xarakteristikasi shuni kO’rsatadiki, kremniy materialidan foydalanib Quyosh spektrining juda katta qismini elektr tokiga aylantirish mumkin. Masalan, atmosferadan tashqaridagi quyosh nurlanishi uchun (AM O) bu 74% ni tashkil qiladi. Holbuki, agar material sifatida GaAs YaO’ olinsa faqat 63 % quyosh nurlanishini elektr energiyasiga aylantirish mumkin. Ammo, «to’g’rimas» optik o’tishlarning asosiy yutilish chegarasida λ ning qiymati katta bo’lmaganligi sababli, butun keltirilgan quyosh spektri yutilishi uchun kremniyli QE

ning qalinligi 250 mkm dan kam bo’lmasligi kerak. Holbuki xuddi shunday sharoit uchun GaAs materialining qalinligi 2-5 mkm bo’lishi kifoyadir. Shuning uchun, spektral xarakteristikaning bu xususiyatlarini yuqori samarali va yupqa qatlamli QE ishlab chiqishda ahamiyati katta ekanligini doimo hisobga olish zarur.

Agar YaO’ sirtga tushayotgan fotonlar energiyasi kam bo’lib, yutilish natijasida elektronlarni valent sohasidan O’tkazuvchanlik sohasiga chiqara olmasa, nurlanish ta’sirida elektron kristall ichida ruxsat etilmagan sohalarga o’tishi mumkin. Bunday holat uchun yutilishning spektral xarakteristikasining asosiy yutilish chegarasidan keyingi uzun tO’lqinli qismida sezilishi mumkin. Bunday yutilish erkin zaryad tashuvchilar yutilishi deyiladi va bu jarayon shunday zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasiga bog’lik bo’ladi. Erkin zaryad tashuvchilar engil ionizatsiya bo’la oladigan kirishmalar kontsentratsiyasiga bog’lik bo’lgani uchun, yutilish ham unga tO’g’ridan –tO’g’ri bog’lik buladi. YaO’ materiallarda bunday uzun tO’lqinli yutilish xususiyatlarini O’rganish natijasida yutilishning bir necha turi mavjudligi aniqlangan. Jumladan, fazoviy panjara tebranishlarida yutilish, kirishmalarda yutilish, eksitonlarda yutilish. Eksiton – bog’langan elektron-kovak juftligi bo’lib zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasini O’zgartirmaydi. Chunki kristall ichida alohida elektron yoki kovak xarakatlari emas, balki bog’langan holat xarakatidir.
Yutilish spektrlari kristall tuzilishi xususida kerakli va har tomonlama foydali ma’lumot beradi, jumladan, legirlanish darajasi, kirishmalarning aktivlanish energiyasini va ularning man qilingan sohada joylashgan energetik sathlarini aniqlashga imkon beradi. Masalan, yutilish spektrlari asosida kremniyda kislorodning bor yuqligini aniqlash mumkin (9 mkm). Spektrning uzun tO’lqinli sohasida akslanish koeffitsienti R, bunday kirishmalar ortishi bilan keskin O’sishi kuzatiladi.

2-§. Yarimo’tkazgichli quyosh fotoelementlari va ularning tuzilishi.

Fotoelektrik effektga asoslangan YaO’ materiallarda r-p o’tishli tuzilmalardan iborat QE da, ularga tushayotgan Quyosh nuri bevosita elektr energiyasiga aylantiradi. Shuning uchun, QE fotoqabullagich va fotoqarshiliklardan farqli ravishda, tashqi kuchlanish manbaiga muhtoj emas. Bu effekt yuz yildan ortiq

vaqt davomida selen va mis oksidining fotoelektrik xususiyatlari sifatida O’rganib kelingan, ammo ularning foydali ish koeffitsienti (F.I.K.) 0,5 % oshmagan.

Bu muammoning nisbatan faol echilishi YaO’ materiallar elektron tuzilishining soha nazariyasi yaratilganidan keyin,
materiallarni kirishmalardan tozalash va kirishmalarni nazoratli ravishda kiritish texnologiyasi, hamda p-n o’tishning nazariyasi yaratilishi bilan bog’liqdir.
Sunggi 35 yil davomida energiya manbai sifatida yuqori samarali Si, GaAs, InP, CdTe va ularning qattiq qotishmalari asosida F.I.K. 20-24 % bo’lgan QE yaratildi. Kaskadli QE larda esa F.I.K. 30 % gacha etkazildi.
Keng tarkalgan kremniy asosidagi QE lari konstruktsiyasi qarama-qarshi turdagi r- va p-materialning bir-biriga yaqin tutashtirishdan hosil qilinadi. YaO’ material ichidagi p- va n-tip materiallar orasidagi O’tish sohasi (chegara xududi) elektron-kovak yoki r-n o’tish deyiladi. Termodinamik muvozanat holida elektron va kovaklar muvozanat holatini belgilovchi Fermi sathi materialda bir xil holda bo’lishi kerak. Bu shart r-n o’tish hududida ikkilangan zaryadli qatlam hosil qiladi va uni hajmiy zaryad qatlami deyilib, unga taaluqli elektrostatik potentsial paydo bo’ladi.
R-p tuzilma sirtiga tushgan optik nurlanish, sirtdan material ichiga qarab r-p O’tish yO’nalishiga perpendikulyar ravishda kontsentratsiyasi kamayib boruvchi elektron-kovak juftliklar hosil qiladi. Agar sirt yuzasidan p-n O’tishgacha bo’lgan masofa nurning kirish chuqo’rligidan (1G’ά dan) kichik bo’lsa, elektron-kovak juftliklar r-n o’tishdan ichkarida ham hosil bo’ladi. Agar p-n O’tish juftlik hosil bo’lgan joydan diffuzion uzunlikka teng masofa yoki undan kamroq masofada bo’lsa, zaryadlar diffuziya jarayoni natijasida p-n o’tishga etib kelib, elektr maydoni ta’sirida ajratilishi mumkin.
Elektronlar p-n O’tishning elektron bor bo’lgan qismiga (p-qismiga), kovaklar p-qismiga O’tadi. Tashqi p- va n-sohalarni birlashtiruvchi elektrodlarda (kontaktlarda) potentsiallar ayirmasi hosil bo’lib, natijada ulangan yuklanma qarshiligi orqali elektr toki oqa boshlaydi.
R-n O’tishga diffuziyalangan asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilar, potentsial tusiq bo’lganligi sababli, ikkiga ajratiladi. Ortiqcha hosil bo’lgan (tusiq
yordamida ajratilgan) va tO’plangan, n-sohadagi elektronlar va r-sohadagi kovaklar r-n O’tishdagi mavjud hajmiy zaryadni kompensatsiya qiladi, ya’ni mavjud bo’lgan elektr maydoniga qarama-qarshi elektr maydonini hosil qiladi. Yoritilish tufayli tashqi elektrodlarda potentsiallar ayirmasi hosil bo’lishi bilan birga yoritilmagan r-n O’tishdagi mavjud potentsial tusiqning O’zgarishi rO’y beradi. Hosil bo’lgan foto-EYuK bor bo’lgan potentsial tusiq qiymatini kamaytiradi. Bu esa O’z navbatida qarama-qarshi oqimlarning paydo bo’lishini ta’minlaydi, ya’ni elektron qismdan elektronlar oqimini, r-qismdan kovaklar oqimini hosil qiladi. Bu oqimlar r-n O’tishga qO’yilgan elektr kuchlanishi ta’siri natijasida tug’ri yunalishdagi tok bilan deyarli teng bo’ladi. Yoritilish jarayoni boshlangan vaqtdan boshlab ortiqcha ( muvozanatdagiga nisbatan) zaryadlarning tO’planishi (elektronlarning n-sohada va kovaklarning r-sohada) potentsial tusiq balandligini kamaytiradi, yoki boshqacha qilib aytganda
elektrostatik potentsialni pasaytiradi Bu esa O’z navbatida tashqi yuklanmadan oqayotgan tok kuchini oshiradi va qarama-qarshi oqimlar hosil qiluvchi elektronlar va

kovaklar oqimini r-n O’tish orqali O’tishini ta’minlaydi. Yorug’lik tufayli hosil bo’lgan ortiqcha juftliklar soni r-n O’tish yoki tashqi yuklanma orqali ketayotgan juftliklar soniga teng bo’lganda statsionar muvozanat hosil bo’ladi. Odatda bu hol yoritilish jarayonining mingdan bir soniyasi davomida ro’y beradi.

QE qisqa tutashuv toki I_kz ni, tushayotgan optik nurlanish zichligi va spektral tarkibiga bog’liq holda O’rganish element tuzilmasi ichida bo’layotgan har bir nurlanish kvantining elektr energiyasiga aylanish jarayoni samaradorligi haqida tasavvur hosil qilish imkoniyatini beradi. Ma’lum yorug’lik oqimi zichligi tushayotgan QE uchun qo’yidagi tenglamani keltirish mumkin.
I_kzyu(λ) = I_kzt(λ)/[1-r(λ)] (3)
bu erda I_kzt(λ) va I_kzyu(λ) – QE qisqa tutashuv tokining qiymati, berilgan intensivlikdagi tushayotgan va yutilgan nurlanish uchun, r(λ)- birlamchi qaytish koeffitsienti. Keltirilgan uchchala kattaliklar ham bir xil tO’lqin uzunligi bo’lgan hol uchun tug’ridir.
QE ni tahlil qilish va sifatini baholash uchun uning I_kz tokining spektral xarakteristikasini yutilgan har bir kvant nur uchun hisoblash O’ta muhimdir. Bu kattalikni Quyosh elementining effektiv kvant chiqishi deyiladi va Q_eff bilan belgilanadi. Agar N_o – YaO’ material sirtining birlik yuzasiga tushayotgan kvantlar soni bo’lsa, u holda
Q_eff = I_kz/ N_o (4)
bo’ladi, bu erda I_kz elekG’soniya da O’lchanadi, va Q_eff elekG’kvant (foton) larda olinishi kerak.
QE effektiv kvant chiqishi ikki parametrga bog’lik bo’lib, u
Q_eff = βγ (5)

β-ichki fotoeffektning kvant chiqishidir. Bu kattalik har bir yutilgan kvant uchun fotoionizatsiya jarayonida YaO’ ichida hosil bo’ladigan elektron-kovak juftliklarni kO’rsatadi. γ – p-n O’tish potentsial tusiqning tok tashuvchilarni yig’ish (jamlash) koeffitsientidir. Boshqachasiga aytganda tok tashuvchilarning ajratish koeffitsienti ham deyiladi. Bu koeffitsient optik nurlanish yordamida hosil bo’lgan umumiy juftliklardan qancha qismi qisqa tutashuv tokida ishtirok etishini kO’rsatadi. Tashqi O’lchash asbobi ulangan hol uchun. , βq1 bo’lsa, har bir kvant bitta juftlik hosil qila olishini kO’rsatadi.

Har xil tO’lqin uzunlikka ega bo’lgan optik nurlanish, materialda har xil chuqo’rlikka kira oladi (kvantlarning chuqo’rlikka kirish qobiliyati ularning energiyasiga bog’likdir). YaO’ materiallarda yutilgan kvantlar hisobiga hosil bo’lgan elektron-kovak juftliklar materialda fazoviy taqsimot hosil qiladi. Hosil bo’lgan juftliklarning keyingi taqdiri YaO’ materiallarning

3-rasm. R-n-o’tishning ikki xil konstruktsiyasi.
diffuzion yuli uzunligiga bog’likdir. Agar bu parametr kattaligi etarlicha bo’lsa, u holda nurlanish tufayli hosil bo’lgan ortiqcha asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilar faqat diffuziya jarayoni tufayli p-n O’tishga kelib uning elektr
maydoni orqali ajratilishi mumkin. Optik nurlanishni aylantirilishi jarayonida muhim rolni elektronlarning diffuziya yuli uzunligi( L_p ) va r-p utish chuqo’rligi (ℓ ) uynaydi, chunki hosil bo’layotgan va ajratilishi kerak bo’lgan juftliklar ularga bog’liqdir..
Optik nurlanishning YaO’ materialga tushish yO’nalishiga qarab p-n O’tish konstruktsiyasining ikki xili mavjud va ularni qo’yidagi 3- rasmda keltirilgan holi uchun ko’rib o’tamiz.
1-hol. Optik nurlanish yO’nalishiga p-n O’tish perpendikulyar joylashgan hol. Optik nurlanish qalinligi ℓ ga teng bo’lgan YaO’ materialning butunlay oxirigacha kiradi.
2-hol. Optik nurlanish yO’nalishiga p-n O’tish parallel joylahgan hol. Nurlanish kengligi d ga teng bo’lgan tuzilmaga tushadi.
Perpendikulyar va parallel joylashgan p-n O’tishlar uchun yig’ish (jamlash) koeffitsienti qo’yidagi munosabatlar bilan aniqlanadi.
γ = ( L_p QL_r) / ℓ (6) va γ = ( L_p QL_r) /d (7)
bu erda, L_r – kovaklarning diffuziya yO’li uzunligi.
Birinchi qarashda r-n O’tishning parallel joylashishi afzalroq kO’rinadi. Chunki hosil bo’lgan zaryad juftliklarini to’laligicha yig’ish va ajratish uchun YaO’ material qalinligiga va r-n O’tishga nisbatan ularning taqsimlanishi muhimdir. YaO’ ichida juftliklarning material chuqo’rligiga nisbatan bir tekis hosil bo’lishi ularning r-n O’tish tomon diffuziya hodisasi orqali ajratilish jarayoni uchun O’ta muhimdir. Shuning uchun, kO’p r-n O’tishlarga ega bo’lgan QE larda (fotovoltlar-kO’p sonli mikro QE lardan iboratlarda), ularning r-p O’tishlari tushayotgan optik nurlanishga parallel joylashtiriladi. Optik nurlanishning uzun tO’lqinli qismida, bu konstruktsiya

zaryad tashuvchilarning yig’ishning yuqori samaradorligiga ega bo’ladi, hamda bir birlik yuzadan katta miqdordagi foto-EYuK olishga imkon yaratadi.

Parallel joylashgan p-n O’tishli QE larida hosil bo’lgan elektron-kovak juftliklar kontsentratsiyasi (M) material yuzasidan ichkarisiga qarab O’zgaradi. Perpendikulyar joylashgan p-n O’tishli QE konstruktsiyasi uchun esa n-turdagi material uchun ham p-tipdagi uchun ham hosil bo’layotgan juftliklarning aksariyati p-n o’tishga yaqin joyda hosil bo’ladi. Hosil bo’ladigan elektron-kovak juftliklar birlik chuqo’rlikda qo’yidagi tenglama orqali aniqlanadi.
M = N_o α exp(-αℓ) (8)
bu erda, N_o-bir birlik yuzaga tushayotgan kvantlar soni. Juftliklar soni, ichkariga qarab kamayib boradi. Ularning sonini YaO’ materialda yutilishi mumkin bo’lgan sohada α (E) ni aniqlash mumkin. Kremniy uchun natijasi, bir necha qiymatga ega bo’lgan tO’lqin uzunliklaridagi hisoblashlar n- va p-turdagi materiallardagi zaryad tashuvchilarning diffuzion uzunliklari sohalarini, p-n O’tish perpendikulyar bo’lgan hol uchun zaryad tashuvchilar jamlash jarayonini baholash imkonini beradi. Quyosh elementlarining planar konstruktsiyasi ( optik nurlanish tuzilma yuzasiga perpendikulyar tushgan hol) QE texnologiyasida va ularni amaliy ishlatishdagi asosiy konstruktsiyadir. Bunday QE har xil YaO’ materiallar asosida ishlab chiqildi .Yuqorida keltirilgan tahlillar asosida yuqori samarali optimallashgan konstruktsiyalar ishlab chiqildi. Ammo har qanday material uchun ham ularga qO’yiladigan yuqorida keltirilgan asosiy talablar saqlab qolinishi kerakligi aniqlandi.

11-BOB. QUYoSh FOTOELEMENTLARINING XARAKTERISTIKALARI.

1-§. Quyosh fotoelementining voltamper xarakteristikasi..

Quyosh elementlarining asosiy xarakteristikasi hisoblangan, volt-amper xarakteristika (VAX) va spektral sezgirlik YaO’ materiallarning optik va elektrofizik xususiyatlariga bog’likdir.

QE VAX r-n O’tishli YaO’ diodning VAX idan yangi I_f hadning paydo bo’lishi bilan farq qiladi. I_f – optik nurlanish ta’sirida quyosh elementida generatsiya bo’lgan tokdir. Agar I_d – diod orqali oqayotgan tok va I – tashqi yuklanma orqali oqayotgan tok bo’lsa, u holda,
I_f = I_d e I (9)
va I_d e I_o(exp (eU/kT) – 1) (10)

diodning qorong’ilikdagi xarakteristikasi bo’ladi. Bunda I_o – r-n O’tishning teskari yO’nalishdagi tO’yinish toki, e – elektron zaryadi, T – mutlaq harorat, k – Boltsman doimiyligi, U – yuklamadagi kuchlanish.

Qarshiligi cheksiz katta zanjir uchun, ya’ni I q 0 da, yuqoridagi tenglamadan
U_xx q ln(I_fG’I_o Q1) kTG’q (11)
kelib chiqadi. Bu QE ning salt ishlash kuchlanishidir.
Amalda Quyosh elementlarida ketma-ketlik qarshiligini tashkil qiluvchilar bu kontaktlarni tashkil qiluvchi qatlamlar qarshiligi, alohida r- va n-sohalar qarshiligi, metall-yarimo’tkazgich orasidagi O’tish sohalari qarshiligi, xamda Rsh shunt qarshiligi va hokazolardir. Bu qarshiliklarni, hamda r-n O’tishdagi rekombinatsion yO’qotishlarni hisobga olib VAX ni murakkabroq ko’rinishda ifoda etish mumkin, ya’ni
L_n (I G’ I_f)G’I_o – (U – IRG’I_o R_sh - 1) q qG’AkT(U – I_rn) (12)

Kiritilgan koeffitsient A, amaldagi asbobning ideal asbobga nisbatan yaqinlik darajasini kO’rsatadi. Bu tenglamani amaliyotga yaqin qilib qo’yidagicha yozish mumkin.

I = I_f - I_o (exp e(U - IR) G’AkT – 1 - U - IRG’R_sh (13)

Quyosh elementining birlik yuzasidan olinayotgan quvvat R ni qo’yidagi tenglamadan baholash mumkin.

P = (I_n U_n) = ξ I_kz U_xx (14)

bu erda, ξ – volt-amper xarakteristikaning tO’ldirish koeffitsienti, ya’ni VAX shaklining tug’ri turtburchakka qay darajada yaqinligini kO’rsatadi. TO’ldirish koeffitsienti hozirgi zamon QE larida ( kremniy va galliy arsenidi asosidagi elementlarda) 0,8 va undan kattadir. Ketma-ketlik va shunt qarshiligi qarshiligi R_sh ni cheksizlikdan 100 Om gacha kamayishi VAX shakliga deyarli ta’siri etmaydi va shu jumladan QE ning chiqish qo’vvati R_v ga ham. Holbuki, ketma-ketlik qarshiligi R_p ning 1 Om dan 5 Om gacha O’zgarishi, VAX shaklini keskin yomonlashishiga olib keladi va chiqish qo’vvati R_v nisbatan kamayadi.

4-rasm. Atmosferadan tashqari holdagi Quyosh nurlanishi uchun O’lchangan hozirgi zamon kremniy asosidagi QE ning tipik volt-amper xarakteristikasi. 1 – yorug’lik ta’siridagi; 2 – qorong’ilikdagi holatlar.
QE VAX ning yorug’lik va qorong’ilikdagi xususiyatlarini aniqroq tahlil qilish mumkin. Odatda kuchlanish darajasiga qarab r-n O’tishdan O’tayotgan teskari tO’yinish tokining O’tish mexanizmi O’zgaradi. Bu tok odatda ikkita tokning yig’indisidan iborat, ya’ni
I qI_o1 [( eUG’kT) - 1] - I_o2 [( expeUG’kT) - 1] – I_f (15)
Bu erda, I_o1 – yupqa r-n o’tish orqali diffuzion mexanizm vositasida oqayotgan tok, I_o2-, esa A q 2 ga teng bo’lgan hol uchun r-n O’tish sohasida rekombinatsiya hodisasi uchun teskari tO’yinish toki. Quyosh elementlarining qorong’ilik va yorug’likda o’lchangan VAX asosida uning ayrim parametrlarini aniqlash mumkin. Bular jumlasiga I_o, R_p, R_sh, A kiradi. Qo’yidagi keltirilgan 4-rasmda AM0 sharoit uchun tipik VAX va qorong’ilikda olingan element VAX lari keltirilgan. Birinchi kvadrantdagi yorug’lik sharoitida olingan VAX ning bir qismi, va uning turtinchi kvadrantdagi davomi tug’ri chiziqlidir. Bu tug’ri chiziqning toklar O’qiga qiyaligi QE ning ketma-ketlik qarshiligini belgilaydi.
R_p q ΔU_prG’Δi_pr (16),

bu erda, ΔU_prG’Δi_pr qiymatining U_xx ga yaqin sohasidagi o’zgarishi olinadi. Keltirilgan xarakteristikaning birinchi kvadrantdagi qismi va uning ikkinchi kvadrantdagi davomi tO’g’ri chiziqdir. Uning kuchlanishlar o’qiga og’masi QE dagi shunt qarshiligi Rsh ni qiymatini belgilaydi, ya’ni

R_sh q ΔU'_prG’ ΔI'_pr (17)

bu erda ΔU'_pr va ΔI'_pr lar qiymatlari qisqa tutashuv toki I_kz ga yaqin sohadagi o’zgarishi olinadi.

Yorug’likda olingan VAX ning qisqa tutashuv toki I_kz atrofidagi tO’g’ri chiziq qiyaligini O’zgartirilishi qiyin bo’lganligi uchun, shunt qarshiligi R_sh qorong’ilikda olingan VAX ning qiyaligidan aniqlanadi ( ikkinchi kvadrant shtrix chiziq), ya’ni
R_sh q ΔU_obrG’ ΔI_obr (18)
Qorong’ilikda olingan xarakteristika yordamida teskari tO’yinish toki I_o ni aniqlash mumkin. Quyosh elementlari r-n o’tishi ish rejimida to’g’ri yO’nalishda ulangan bo’ladi, ya’ni optik nurlanishi ta’siri natijasida
muvozanatda bo’lmagan zaryad tashuvchilarning r-n o’tishning ikkala tomonda ham hosil bo’lishi, bu r-n o’tishning tO’g’ri yO’nalishda ulanganligini kO’rsatadi. Shuning uchun, teskari tO’yinish toki I_o va ideallanish koeffitsienti A ni topish uchun ularni tO’g’ri yO’nalishda qorong’ilikda yoki yorug’likda o’lchangan VAX dan topish maqsadga muvofiqdir. Qorong’ilikda olingan VAX ga taaluqli diod tenglamasini boshqacha kO’rinishda qo’yidagicha yozish mumkin.
L_n (I_d Q I_o) = ln I_o - eUG’AkT (19)

bu tenglama hisob-kitob uchun tokning qiymati katta bo’lgan I_d >> I_o sharoitda ishlatilishi va teskari tO’yinish toki rekombinatsion mexanizm asosida r-n o’tish orqali o’tadigan holi uchun ishlatilishi mumkin. QE ning tO’g’ri yo’nalishda O’lchangan VAX (katta tok va kuchlanishlar uchun) asosida ln I_o q f(U) funktsiyasini chizish mumkin. Bu tenglama qiyaligining tangensi qG’AkT ga teng bo’ladi.Uning ordinata O’qida kesgan kesmasi ln I_o ning qiymatini beradi.

QE real ishlashiga yaqin sharoitda I_o va A ning qiymatini aniqlashning yana bir usuli mavjud. Buning uchun yorug’lik oqimi zichligining hech bo’lmaganda ikki xil qiymatida imitator yordamida QE ning VAX O’lchanadi. Ketma-ketlik qarshiligi R_p uchun kuchlanishlar pasayishi va r-n O’tish sohasida rekombinatsiya bo’lishi jarayoni uchun yuqoridagi tenglamani keltiramiz, ya’ni
I =I_o[exp{e(U-IR_p)G’AkT} - 1] – I_f (20)
Salt yurish rejimida I q 0, U q U_xx bo’lgani uchun, R_p q 0 va u holda I_f q I_kz deb olish mumkin. U holda

L_p (I_kz - I_o) q ln I_o - eUxxG’AkT (21)

Bu tenglamani qO’llash uchun etalonli QE yordamida har bir yangi optik nurlanish oqimi zichligiga tO’g’ri keladigan I_kz q f(E) tenglamaning chiziqli qiymatlari topiladi va undan I_kz va U_xx aniqlanadi. Tangens burchagidan qG’AkT ning qiymati topiladi va uning ordinata uqi bilan kesishadigan kesmasidan ln I_o ning qiymati aniqlanadi.

2-§. Quyosh fotoelementining foydali ish koeffitsienti

Quyosh elementi va quyosh batareyasining foydali ish koeffitsientini (F.I.K.) aniqlash uchun tushayotgan optik nurlanish energiyasining miqdorini va element yoki batareya ishlab chiqargan elektr energiyasining miqdorini bilish zarur. F.I.K.ni aniqlash uchun qo’yida keltirilgan masalalarni echish kerak bo’ladi.

1. 
   Quyosh nurlanishi atmosfera holatiga va uning vaqt davomida tez O’zgarishiga olib kelganligi uchun, uning spektral tarkibini va qo’vvatini aniq O’lchash kerak .
   
2. 
   Birinchi punktni hisobga olgan holda aniq Quyosh nurlanish spektrini to’la bera oladigan nur manbalari (imitator) yasash ilmiy texnik muammo bo’lib, haligacha tO’liq echilmagan.
   
3. 
   Imitatorlarda taqqoslash uchun ishlatiladigan parametrlari vaqt davomida stabil o’zgarmaydigan kerakli spektral sezgirlikka va diapazonga ega bo’lgan QE ishlab chiqish uchun materialning optik va elektrofizik xususiyatlarini hisobga olgan holda tanlash lozim.
   
4. 
   Quyosh elementlari va batareyalarining elektrik parametrlarini O’lchash davomida O’lchov asboblarining ketma-ketlik qarshiligining ta’sirini hisobga olish zarur.
   

Xulosa kilib aytganda, quyosh elementlari va batareyalarining F.I.K.ni aniqlash bu murakkab kompleks masala bo’lib, uni alohida O’rganish lozim bo’ladi.
Quyosh elementlarining asosiy O’lchanadigan parametri bu optik nurlanish tushish davomida yuklanma ulanganida O’lchanadigan volt-amper xarakteristikasidir va uning yordamida qo’yida keltirilgan parametrlar topiladi;

1. 
   QE ishlab chiqarayotgan qo’vvat P q U_opt I_opt ni hisoblash mumkin,
   
2. 
   Salt yurish kuchlanishining O’lchangan (U_xx) qiymatiga asosan YaO’ material man qilingan sohasining tuzilmada ishlatish samaradorligini aniqlash mumkin,
   
3. 
   Elementning qisqa tutashuv toki va tO’ldirish koeffitsienti (I_kz va ξ ) asosida tuzilmadagi optik va fotoelektrik yuqotishlar hakida ma’lumot olish mumkin,
   
4. 
   Quyosh elementi F.I.K.ni η q I_kz U_xx 100%G’E_pad S formuladan aniqlash mumkin (S-KE yuzasi, sm² larda olinadi).
   

Quyosh elementi foydali ish koeffitsientini aniqlanish darajasi elementga tushayotgan optik nurlanishning energiyasini aniqlashga bog’lik buladi. Elementga tushayotgan nurlanish energiyasini o’lchash usullaridan biri oldindan darajalangan etalon QE yordamida o’lchashdir.
Etalon uchun muljallangan QE ni graduirovka qilish uchun qisqa tutashuv toki I_kz ning absolyut qiymatini topish kerak. Buning uchun mutlaq spektral sezgirlikni standart atmosferadan tashqari uchun yoki Er sharoiti uchun nurlanish spektriga qayta hisoblash kerak. Quyosh elementi, batareyasi parametrini O’lchashni laboratoriya sharitida, Er va koinot sharoitlarida O’lchash usullari mavjud.

111-BOB. SAMARADORLIGI YuQORI BO’LGAN QUYoSh FOTOELEMENTLARI.

1-§. Kremniy asosidagi qori samarali QFE lari.
Kremniy asosidagi r-n O’tishli gomogen YaO’ materialda yaratilayotgan QE larining samaradorligini oshirish asosan potentsial to’siqning chuqurligini (qalinligini) kamaytirish orqali erishilmoqda. Dastlabki paytlarda olingan kremniy asosidagi QE lariga qaraganda bu parametr 7-10 mkm dan hozirgi sharoitda 0,1 – 0,015 mkm gacha kamaytirildi. R-n O’tish chuqo’rligini kamaytirish va uni yuzaga chiqarish maqsadi umuman aytganda tushunarli hol, zero quyosh nurlanishining katta qismi juda yupqa qatlamda yutiladi. Ammo bu yupqa yuza qismida zaryad yO’qotishlar ham sirt rekombinatsiyasi natijasida juda katta qiymatlarga ega bo’ladi. Bu yunalishdagi mantiqiy chegara bo’lib QE larining sirt-tusiqli (poverxnostno-
barernaya) tizimlarning har xil turlari hisoblanadi. Ular umuman legirlangan qatlamsiz bo’lib, hajmiy zaryad hosil qilgan maydon deyarli frontal yuzagagina ta’sir qiladi. Shunday QE larini bir-biriga taqqoslash maqsadida ularning spektral xarakteristikalari 5- rasmda keltirilgan.
Kremniy asosidagi quyosh elementlarining samaradorligining hisoblash usuli bilan
5-rasm. Kremniy asosidagi QE larining absolyut spektral sezgirligi.
1-3 legirlangan qatlam qalinligi ℓ ≥1,2 mkm bo’lgan shaffoflantirilmagan qatlamli element; 4-6 ℓ≤0,3 mkm (legirlangshan qatlam qalinligi) shaffoflantirilgan element.

aniqlangan spektral xarakteristikasi 6-rasmda kO’rsatilgan. Bu rasmga asosan umumiy

yig’ish koeffitsientining spektral o’zgarishi QE ni
tashkil qiluvchi ayrim qismlar spektral ulushlarining spektral O’zgarishlari
bilan aniqlanadi. Hozirgi zamonda texnolgiyaning asosiy yO’nalishi hisoblash natijalariga yaqin xarakteristikali QE larini tayyorlash bilan bog’liqdir.

6-rasm . Kremniy asosidagi quyosh elementlarida umumiy yig’ish koeffitsientining spektral O’zgarishi (1), frontal qatlamning yig’ish koeffitsientidagi hissasi (2), hajmiy zaryad qismining hissasi (3), baza qismining xissasi (4).

R-n o’tish chuqo’rligi ~0,2 mkm bo’lgan QE ishlab chiqarilishi natijasida, qisqa tO’lqinli optik nurlanish ta’sirida hosil bo’ladigan zaryad tashuvchilarning fazoviy ajratish muammosini kO’p jihatdan hal bo’ldi.
Haqiqatdan, shu turdagi quyosh elementlarida hattoki λ q 0,4 mkm da ham yig’ish koeffitsienti qiymatini ξ q 0,9 gacha etkazish imkoniyatini paydo bo’ldi. Holbuki ℓ >0,4 mkm li QE larida shu spektr sohasida yig’ish koeffitsienti atigi 0,5 atrofida bo’lishi aniqlangan edi. Shuning uchun, bunday turdagi QE binafsha-kO’k spektrda O’ta yuqori sezgirlikka ega bo’lganligi sababli «binafsha» quyosh elementlari degan nomni oldi. Bunday QE qisqa tutashuv toki I_kz zichligi 40-42 mAG’sm² ga etkazildi. «Binafsha» quyosh elementlardagi tok yuqotishlarning spektr bO’yicha O’zgarishi, AM0 sohada spektr taqsimotini hisobga olinganda, ularning yig’ish koeffitsienti quyosh elementi sezgirligining deyarli barcha qismlarida birga yaqin ekan. Qisqa tO’lqinli qismdagi qisman yO’qotishlarni QE ning konstruktsiyasini mukammallashtirish hisobiga emas (chunki r-n O’tish deyarli har bir hosil bo’lgan elektron-kovak juftlikni ajrata oladi), balki elementning optik parametrlarini, ya’ni metall kontaktning qaytarish koeffitsientini va u egallagan yuzani kamaytirish hisobiga erishish mumkin.
Elementning legirlangan frontal qatlami qalinligini kamaytirish faqat fotosezgirliknigina oshirib qolmay, shu bilan birga QE ning diod xarakteristikasini ham yaxshilar ekan. Hisoblashlar va tajribalar shuni kO’rsatadiki, legirlangan qatlam parametrlari ko’proq teskari tO’yinish toki I_o ga, va natijada foto-EYuK ga ham ta’sir qiladi. Buning sabablari:,

1. 
   Kirishmalar kontsentratsiyasini yuqori darajada kiritish, man qilingan soha kengligi E_g ning kamayishiga olib keladi va asosiy
   

zaryad tashuvchilarning effektiv kontsentratsiyasi kamayada, teskari gradientli elektr maydoni hosil bo’lishiga olib keladi.

2. 
   Frontal qatlamdagi asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning (kovaklarning) yashash davri τ keskin kamayib ketadi va ehtimol bir ns (nanosoniya)dan oshmay qolishi mumkin.
   

Shuning uchun, teskari tO’yinish toki I_o~ ni kamaytirish jarayonida frontal qatlam qalinligini kamaytirish bilan birga kirishmalar kontsentratsiyasini birmuncha pasaytirish( ~2 10¹⁷ sm^-3 ga qadar) lozim, va qatlam qarshiligining nisbatan ortishini tO’rsimon omik kontakt topologiyasini optimallashtirish hisobiga kompensatsiya qilish mumkin.
Bu talablar ayrim texnologik va konstruktorlik yangiliklar hisobiga «binafsha» QE lari ishlanmalarida qo’llanildi. Bular jumlasiga past haroratli diffuziya (770-800 ºS) jarayonini uzatuvchi (transport) gaz oqimida o’tkazish, kirishmalarning sirtdagi nisbiy kontsentratsiyasini kamaytirish ( ~ 10¹⁷ sm¯³ gacha), qalin tO’rsimon kontakt yO’lkalar sonini oshirish (8-10 yo’lkaG’sm) va kengligini 50 mkm gacha kamaytirish va hokazolar kiradi.
Kremniy plastinalari yuzisiga ishlov berishning yangi – yuzadan nur qaytarishni kamaytiruvchi va shu tufayli F.I.K.ni oshiruvchi usuli yaratildi. Bunday QE larining frontal sirtida piramidasimon, teksturali relef hosil qilinadi, va piramida yon tomonidan qaytgan nur, keyingi piramida yon tomoniga tushib, kristall yuziga qaytariladi.
Shuning uchun, antireflektsion qatlam olinmagan yuzada ham hosil qilingan piramidasimon relef hisobiga optik yO’qotishlarni 10 % gacha kamaytiriladi. Qo’shimcha sifatida shuni aytish mumkinki, teksturalangan sirt optik nurlanishning yutilish chuqo’rligini kamaytiradi. Natijada effektiv yutilish koeffitsienti α ning O’sishi, yig’ish koeffitsientining va tok zichligining oshishiga olib keladi.
An’anaviy tekis, planar konstruktsiyadan tashqari keyingi paytlarda r-n o’tishining konstruktsiyasi murakkab bo’lgan QE, jumladan r-n O’tishlari yoritilayotgan sirtga perpendikulyar bo’lgan elementlar ishlab chiqildi. Ular yagona umumiy taglikda tayyorlangan yoki alohida kontaktlar bilan birlashtirilgan mikro QE lardan tuzilgan bo’lib, r-n O’tishlarining perpendikulyar joylashishi QE lariga qO’shimcha imkoniyatlar yaratishi mumkin. Bunday QE lari ketma-ket ulanganda bir

necha VG’sm gacha kuchlanganlik olish mumkin va hamda ular yuqori yoritilganlik sharoitida effektiv ishlashi mumkin.

Konstruktsiyaning yana bir turi bu relef yuzali QE. Bu erda relef, xuddi teksturalash jarayoni kabi, selektiv emirish hisobiga paydo qilinadi. Natijada yuqoridagi frontal yuzadagi n^q -qatlam relef profilini takrorlaydi. Relefning geometrik O’lchamlarini har xil qilish mumkin. Nurlanishni qabul qiluvchi sirtning optik yutilish koeffitsienti teksturalangan yuza yutilish koeffitsientiga yaqin qilish mumkin.
Yuqorida keltirilgan quyosh elementlarining sifatlaridan yana biri – perpendikulyar joylashgan r-n O’tishlarning bir-biri bilan yaqin joylashishi natijasida butun hajmda yuqori darajali fotosezgirlikka erishish imkoniyati mavjudligidir. Agar baza qalinligi asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilari diffuzion yO’li uzunligidan juda kam bo’lsa, ya’ni w«L bo’lsa, bazada nurlantirish tufayli hosil bo’lgan hamma zaryad juftliklari ajratilishi mumkin. Relef tuzilmali namunali QE lari atmosferadan tashqari sharoitda 15 % dan ortik effektivlikka ega ekanligi aniqlangan.
Quyosh elementlarining optik va fotoelektrik xarakteristikalarini yaxshilashning yana bir imkoniyati – bu bazada maxsus usullarni qO’llab zarayadlarni tortuvchi elektr maydoni hosil qilish usulidir.
Kremniy asosidagi QE ning spektral sezgirligini spektrning qisqa tO’lqinli qismida keskin oshirish imkoniyatlaridan biri, frontal sirtda maxsus yuzani passivatsiya qiluvchi qatlamlar bilan yopishdir. Bunday qatlamlar odatda kremniy oksidi va kremniy nitridi asosida olinadi. Bunday qatlamlarda kiritilgan (vstroennO’y) elektr zaryadlari mavjud bo’ladi. Bu zaryadlar kremniyning yuzaki yupqa legirlangan qatlami bilan, xuddi ayrim QE tuzilmalaridagi tortuvchi elektr maydonlari kabi, legirlangan qatlam bilan ikki qatlamli nn^q yoki pp^q - tuzilma hosil qiladi. Bu sirtda hosil bo’lgan tuzilma effektiv sirt rekombinatsiya tezligini kamaytiradi va ortiqcha zaryadlar yig’ilishini yaxshilaydi. Asosan bu yaxshilanish yuza yaqinida yutiluvchi qisqa tO’lqinli optik nurlanish hisobiga bo’ladi.
Keltirilgan effektni qo’yidagi misolda namoyish qilish mumkin. Yuzani passivatsiya qiluvchi qatlam olingandan sung, odatda yig’ish koeffitsienti va salt yurishi kuchlanishining qiymati ortadi.
Agar oddiy QE ning baza qatlami (r-tip kremniy misolida) notekis legirlangan bo’lsa va r-n O’tish atrofida kirishmalar kontsentratsiyasi uning ichidagiga qaraganda kam bo’lsa, u holda bazada ham elektrostatik maydon hosil bo’ladi va ortiqcha hosil bo’lgan zaryad juftliklarini yig’ishda yordam beradi. Bu hodisa, birinchidan, teskari tO’yinish tokining oshishi hisobiga va potentsial tusiq qiymatining kamayishi hisobiga, U_xx ni kamaytiradi, ikkinchidan, kirishmalar kontsentratsiyasi baza qatlami ichida nisbatan oshirilganligi uchun asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion yO’li uzunligi (L_d) va yashash vaqti (τ) kamayadi.
QE bazasining xususiyatlari va uning element parametrlariga ta’sirini tahlil qilish natijasida bazada katta qiymatli tortuvchi elektr maydoni hosil qilish O’rniga sO’nggi vaqtlarda yangi model element orqa tomonining kontakt yaqinida keskin izotip pp^q yoki nn^q O’tishlar hosil qilish modeli paydo bo’ldi.
Yuqori samarali QE yaratish jarayonida xususiy O’tkazuvchanlikka ega bo’lgan kremniyni ham ishlatish mumkinligi ko’rsatib o’tildi. Buning uchun uning ikkala tomoniga n- va r-tip qatlamlar hosil qiluvchi kirishmalar diffuziya qilish kerak va ma’lum masofada r-n O’tish hosil qilish va boshqa tomonida ma’lum gradientga ega bo’lgan izotip potentsial tusiq paydo qilinishi kerak. n^q rr^q yoki r^q nn^q - tuzilmali QE lari olishda, uzoq masofaga ta’sir etuvchi tortuvchi elektr maydoni hosil qilishga qaraganda, orqa tomondan r^q r yoki n^q n izotip tO’siq olish texnologiya nuqtai nazaridan osonroqdir va amaliy tomondan izotip O’tishni hosil qilish bazada yig’ish koeffitsientini oshirish uchun qo’layroqdir. QO’shimcha kirishmalar kiritib orqa tomonda olingan izotip tO’siq, orqa kontaktdan asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarni qaytaradi va ularda L_d ning effektiv qiymatini oshiradi, hamda baza-metall kontakt tuzilmasi chegarasidagi sirt rekombinatsiyasi koeffitsientini keskin kamaytiradi. QE ning teskari tO’yinish toki I_o ham birmuncha kamayadi. Orqa tomonida izotip O’tishli QE larining ustunlik tomoni baza qatlamida asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarining diffuzion yO’li uzunligi uning qalinligi bilan teng yoki undan kattarok bo’lgan sharoitda sezilarli bo’ladi. Bu tenglik bajarilishi uchun YaO’ material nisbatan tozaroq yoki yupqaroq bo’lishi va L~d bajarilishi kerak.
P-i-n va r^q-i-n^q tuzilmali elementlar uzun tO’lqinli diapazonda nihoyatda katta sezgirlikka ega. Bu QE VAX ning shakli nihoyatda tO’g’ri turtburchakka yaqindir. Chunki ularda optik nurlanish bilan yoritilish sharoitida element bazasidagi kuchlanishning omik pasayishi nolga intiladi, ya’ni optik nurlanish ta’sirida yuqori Omli bazada muvozanatda bo’lmagan zaryad tashuvchilar muvozanatda bo’lganlaridan kO’proq hosil bo’ladi. Asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion yO’li uzunligi yuqori Omli baza materialida nisbatan kattaroq qiymatga ega bo’lishi Er atrofidagi radiatsion kamarlarda ularning ishlash muddatini boshqa QE lariga qaraganda birmuncha uzayishiga olib keladi.
Shu o’rinda yana bir narsani qayd qilish lozim. Asosiy yutilish chegarasidan tashqarida uzun tO’lqinli nurlanishga shaffof bo’lgan kremniy va boshqa YaO’ materiallar asosidagi Quyosh elementlarining kelajagi istiqbollidir. Bunday QE tayyorlash imkoniyati hozir ham mavjud bo’lib, u nisbatan tozaroq materiallarning asosiy fundamental yutilish chegarasidan tashqarida nisbatan shaffofligiga asoslangandir. Ammo, QE bazasi nisbatan toza tayyorlanishiga qaramay uning yuqori frontal qatlamida kirishmalar kontsentratsiyasi materialning deyarli chegaraviy eruvchanligiga qadar kiritilishi, shu qatlamda katta tO’lqin uzunligiga ega bo’lgan optik nurlanishning kO’proq yutilishi yoki akslanishiga olib keladi.
Legirlangan yupqa frontal qatlamda asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion yO’li uzunligi L_d va yashash davri τ qiymatlarining nisbatan kichikligi shu qatlam qalinligini 0,15-0,5 mkm diapazonda olishni taqozo etadi. Shu qalinlikdagi qatlamda quyosh optik nurlanishining infraqizil spektridagi yutilishi ( ya’ni, 1,1 – 2,5 mkm diapazonida) odatda 1-3 % dan oshmaydi. Shunday qilib, r-n O’tish chuqo’rligini kamaytirish hozirgi zamon QE uchun xarakterli bo’lib, bu usul asosiy yutilish chegarasidan tashqarida quyosh spektriga shaffof bo’lgan

elementlar olish imkoniyatini kremniy materiali asosida yaratish mumkinligini kO’rsatadi.

Qolgan yana ikkita tO’siq – orqa tomondagi yuzani butunlay qoplovchi kontaktda quyosh nurlanishining tO’la yutilishi va undan nisbatan tO’laligicha qaytarilish hodisasi – orqa kontaktni tO’rsimon shaklli qilish va shu tomonda ham qalinligi 0,3-0,4 mkm bo’lgan akslantiruvchi oksid qatlamlar hosil qilish orqali echilishi mumkin. 1,1 mkm dan boshlab IQ sohada shaffof va orqa kontakti tO’rsimon shakldagi quyosh elementlari kremniy, galliy arsenidi va yupqa qatlamli CuS – CdS geteroO’tishli tuzilmalarda yaratildi. Hisoblarga qaraganda geostatsionar orbitalar sharoitida bunday QE larini ishlatish natijasida harorat nisbatan 10-15 ˚S pastroq va elektr qo’vvatini 5-7 % oshirar ekan. Fotoaktiv bo’lmagan uzun tO’lqinli IQ nurlanishni QE
tuzilmasidan nafaqat o’tkazib yuborish, balki tO’laligicha qaytarish ham mumkin. Buning uchun, quyosh elementining orqa tomonida IQ nurlanishni qaytaruvchi kO’zgusimon kontakt olish kerak. Bunday kontaktni olish uchun Ag, Al, Cu qoplamalarni vakuumda uchirish yoki elektroximiyaviy usulda olish imkoniyati mavjud.
Quyosh elementi samaradorligini oshirishga imkon beradigan yana bir usul – bu ikki tomonlama sezgir QE tuzilmasini ishlatishdir. Bu tuzilma, ikki xil yuqorida qayd qilingan, IQ spektr sohasida shaffoflikni paydo qilish va element orqa tomonida olingan izotip O’tish bilan mushtarak holda birlashtirish natijasida n^q rr^q yoki r^q nn^q tizimli QE lari hosil qilishdan iboratdir.
Nisbatan katta solishtirma qarshilikka ega bo’lgan kremniy asosidagi ikki tomonlama sezgir QE bazasi qalinligini nisbatan kamaytirish yoki diffuzion yO’li uzunligi nisbatan katta bo’lgan materiallar ishlatish natijasida, element tuzilmasi frontal tomondan tushayotgan optik nurlanishni qanday effektivlikda elektr energiyasiga aylantira olsa, orqa tomondan tushayotgan nurlanishni ham shunday effektivlikda aylantira olishi aniqlangan. Element orqa tomonidan tuzilmaga izotip O’tishlarni kiritish ikki tomonlama sezgir QE tuzilmasida orqa tomondagi sirt rekombinatsiya koeffitsientini keskin kamaytirib (LG’d>1), yig’ish koeffitsientini, orqa tomondan nurlanish tushgan hol uchun, frontal tomondan nurlanish tushish kattaligiga qadar kO’tardi.
Ikki tomonlama sezgir QE tuzilmasi samaradorligini oshirish uchun uning bazasini, oddiy element bazasiga nisbatan yuqori Omli bo’lishi kerak. Masalan, oddiy QE tuzilmasi uchun baza odatda 0,5-1,0 Om sm kremniydan tayyorlansa, ikki tomonlama sezgir elementlar uchun baza qarshiligi 7,5-10 Om sm va undan ham yuqori olinadi.

2-§. Kremniy asosida yupka qatlamli QFE tayyorlash usullari.

QE larini Er sharoitida amaliy tatbiq qilish uchun maksimal F.I.K. olish bilan birga, ularni ishlab chiqarish rentabelligini oshirish asosida uning tannarxini kamaytirish lozim. Bu jarayon qo’yidagi faktorlarga bog’likdir.

1. 
   Material sarf-xarajatlarini kamaytirish (QE lari tayyorlashda ishlatiladigan material qalinligini kamaytirish).
   
2. 
   Quyosh elementlarini tayyorlash uchun nisbatan arzonroq materiallar ishlatish.
   
3. 
   Quyosh elementlari tayyorlash jarayonini va ayrim texnologik operatsiyalarni mexanizatsiyalash va avtomatlashtirish.
   
4. 
   Tayyorlashga oid texnologik jarayonlarini nisbatan soddalashtirish va optimal texnologik marshrut ishlab chiqarishga intilish.
   

Quyosh elementlari tayyorlash texnologiyasining faol rivojlanishi, bir jinsli texnologik jarayonlarni qO’llash va elementlar narxini nisbatan kamaytirish uchun yupqarok va arzonroq qatlamlar olish hamda element olish texnologiyasida iloji boricha kO’proq polimer materiallar va xom ash’yolar ishlatish tavsiya etiladi.
Keyingi davrlarda QE lari narxini nisbatan arzonlashtirish bevosita kremniyni O’zini olish jarayonini isloh qilish bilan bog’lanmokda. Misol uchun, toza YaO’ xususiyatlariga ega bo’lgan kremniyni dioksid kremniydan qayta tiklash usuli ishlab chiqildi, kremniy lentalarini (tasmalarini) uzluksiz O’stirish usuli yaratildi, va natijada nisbatan qimmat va og’ir texnologik jarayonlar bo’lgan kesish, shlifovka qilish, plastinalarni mexanik va ximik usullar bilan sayqallashdan voz kechildi. Akslantirishni kamaytiruvchi yupqa qatlamlar olishning yangi yuqori samarali nisbatan arzon ximiyaviy purkash (pulverizatsiya) usuli yaratildi va hokazo.
Quyosh elementlarini texnologik tayyorlash jarayonini arzonlashtirish yO’lida ayrim soddalashtirishlarga qaramasdan, uni tayyorlash haligacha ayrim og’ir operatsiyalardan xoli emas. Tayyorlash texnologik jarayonining nisbatan engillashtirish nuqtai nazaridan Quyosh elementlarining yangi modellari yaratilmoqda. Jumladan MOP (metall-oksid qatlami- YaO’) yoki MDP (metall-dielektrik-YaO’) tuzilmalar asosida. Bunday tuzilmalarni tayyorlash jarayonini, boshqa YaO’ qo’rilmalarda ishlatilayotganligi sababli (diod, tranzistorlar, mikrosxemalar va hokazolar) va ularning texnologik jarayonlari nisbatan rivojlanganligi hisobiga , avtomatlashtirish nisbatan osonroqdir. Bunday tuzilmalar asosidagi quyosh elementlari yuqorida keltirilgan traditsion tuzilmalardan xarakteristikalari bilan farq qiladi. Misol uchun, kremniy asosidagi an’anaviy r-p O’tishli elementlarga qaraganda bu tuzilmalar UB nurlanish oralig’ida bir muncha yuqoriroq spektral sezgirlikka ega.
Kelajakda kremniy asosidagi bunday QE parametrlarini yanada yaxshilash imkoniyati mavjud. Bunday parametrlar va vazifalar qatoriiga qo’yidagilar kiradi,

1. 
   Kremniyga nisbatan man qilingan sohasi keng bo’lgan YaO’ materiallar ishlatish va ularning samaradorligi va xususiyatlarini kremniy asosidagi r-n o’tishli elementlar xususiyatlariga yaqinlashtirish.
   

2. 
   Nisbatan qimmat bo’lgan metalllar Ag, Cr, Au, Pd asosidagi kontakt qatlamlari O’rniga arzon alyuminiy asosidagi kontakt texnologiyasini yaratish.
   
3. 
   Shottki tO’siq asosidagi quyosh elementlarida tO’siq chegarasida qalinligi 10-20 ºA bo’lgan kremniy oksidi (SiO_x) qatlamini O’tkazib teskari tO’yinish toki I_o ning kamayishi hisobiga salt yurish kuchlanishi U_xx qiymatini keskin oshirish va element olish jarayonini soddalashtirish vazifalari turibdi.
   

3-§ Quyosh elementlari tayyorlashda ishlatiladigan materiallar
Yuqori samarali quyosh elementlari tayyorlash ishlatilishi kO’zda tutilgan yarimo’tkazgichli materiallarning xususiyatlariga bog’likdir. Hakikatdan, QE ideal effektivligi ( harorat Tq300 ^oK uchun ) yarimo’tkazgichli materiallarning man qilingan soha kengligining O’zgarishiga nisbatan olganda Er sharoiti uchun (AM 1) maksimal F.I.K ή~1,4 eV ga tug’ri keladi. Bu tenglikni taqriban kanoatlantiradigan materiallar jumlasiga Si, InP, GaAs, CdTe, AlSb, hamda A³V^5, A²V⁶ yarimo’tkazgichlar asosidagi qattiq eritmalar tug’ri kelishi mumkin.
QE ishining samaradorligi kO’pchilik yarimo’tkazgichli tuzilmalar ishi kabi, valent sohasining yuqori sathlari va O’tkazuvchan sohaning qo’yi sathlari orasida bo’ladigan har xil jarayonlar bilan bog’likdir. Agar YaO’ material bir jinsli bo’lsa, ya’ni bir nuqtasidan keyingisiga uning kimyoviy tarkibi O’zgarmas bo’lsa, u holda elektronlarning energiyasi valent sohasining yuqorisida va O’tkazuvchan sohaning pastida koordinatlardan mustaqil bo’ladi. «Tug’ri» o’tish sohasiga ega bo’lgan YaO’ larda yutilish kO’rsatkichi katta qiymatlarga ega bo’ladi. Chunki tashqaridan energiya olgan elektronning hύ≥E_g olgan energiyasi man qilingan sohadan o’tib O’tkazuvchanlik sohasiga kirib o’z harakat holatini davom ettirishiga etadi.
«Tug’ri bo’lmagan» o’tish sohasiga ega bo’lgan YaO’ larda esa yutilish kO’rsatkichi va uning energiyadan O’sish sur’ati kamroq bo’ladi. Chunki elektronning valent zonasidan O’tkazuvchanlik sohasiga kvant tasiri ostida O’tishi qiyinlashadi. Sabab elektron O’z harakat yO’nalishini keskin o’zgartirishi (holatini) kerak (∆E) va shu jarayon faqat ma’lum holatlarda bo’lishi mumkin. Ya’ni foton O’z yO’lida YaO’ material ichida shunday valent elektroni bilan uchrashishi kerakki, hΰ energiyaning yutilish jarayonida kristall panjara atomlari issiqlikdan tebranishlari ta’siri natijasida ∆K impuls olib, bunga ekvivalent bo’lgan energiya miqdorini olishi yoki berishi kerak.
QE laridan boshqa fotoO’zgartgichlarda (fotoqabul qiluvchi tuzilmalarda, fotoqarshiliklarda) material tanlash asosan qO’yilayotgan talablarga bog’lik, ya’ni umuman nurlanish spektrining qaysi qismida ishlatilishi bilan bog’lik bo’ladi.

4-§. Geteroo’tishlar asosidagi quyosh fotoelementlari.

Ikkita har xil moddalarning bir-biriga tutashuvi (kontaktga keltirilishi) ga geteroO’tishlar ( GO’) deyiladi. GO’ ning har xil turlari mavjud bo’lib, jumladan;

1. 
   Ikkita har xil yarimo’tkazgich asosidagi GO’. Misol, GaAs va Ge, GaP va Si, CdTe va CdS va boshqalar.
   
2. 
   Metall va yarimo’tkazgich asosidagi GO’ (Shottki bareri misolida). Misol, Au va Si, Ge va Ag va boshqalar.
   
3. 
   Metall va yarimo’tkazgich orasidagi omik kontakt.
   

GeteroO’tishlarning fizik va elektrik xossalarini O’rganish va uni tahlil qilish ularning energetik diagrammalarini tuzish asosida olib boriladi. Shuning uchun qisqacha GaAs-Ge geteroO’tishining energetik diagrammasi misolida kO’rib O’tamiz. Faraz qilaylik, berilgan yarimo’tkazgichlarning hajmdagi xususiyatlari ajralish chegarasigacha O’zgarmaydi va chegara qismida keskin bir material xususiyatidan boshqa material xususiyatiga O’zgaradi. GaAs va Ge materiali uchun man qilingan zonalar kengligi (E_g) 1,45 va 0,7 eV ga teng.
Chiqish ishining kattaligi Fermi sathidan to vakuum sathigacha bajarilgan ish miqdoriga teng bo’lgani uchun va Fermi sathining kirishmalar kontsentratsiyasiga bog’likligi sababli, uning O’rniga elektronga moyillikni olish maqsadga muvofiqdir, ya’ni O’tkazuvchanlik sohasi chegarasidan vakuum sathigacha bajarilishi kerak bo’lgan ish kirishmalar energiyasiga bog’lik emas. 1-jadvalda GaAs va Ge ni xarakterlaydigan energetik diagramma tuzish uchun kerak bo’ladigan parametrlar keltirilgan.

PARAMETRLAR	GaAs	Ge
elektronga moyillik, χ va man qilingan zona kengligi, Eg , (eV)	4,07, 1,45	4,13, 0,7
Kompensatsiya qilinmagan donorlar kontsentratsiyasi,Nd-Na, sm^-3	10^16
K kompensatsiya qilinmagan aktseptorlar kontsentratsiyasi, Na-Nd, sm^-3		3 10^16
Ec-Ef q δGaAs, eV	0,1
Ef-Ev q δGaAs, eV		0,14
Panjara doimiyligi, α, A^o	5,654	5,658
Nisbiy dielektrik kirituvchanlik, ε	11,5	16

1-jadval
Elektronning E_fp sathdagi energiyasi uning E_fn sathdagi energiyasidan kam, shuning uchun Fermi sathlari tenglashuvi uchun ( materiallar kontaktga keltirilgan hol) bir qism elektronlar GaAs dan Ge ga O’tadi. Bunday harakat (kuchish) chegaraviy qismda arsenid galliyda E_c sathining yuqoriga qayrilishiga olib keladi, ya’ni V_dn va V_dp uzilishlar hosil bo’ladi. Fermi sathining siljishi
E_fp – E_fn е (χ_{Ge Q} E_g(Ge) – δ_Ge) – (χ_GaAs Qδ_GaAs) е V_dn Q V_dp (22)
va bu miqdor 0,52 eV ga teng bo’ladi. GomoO’tishdagi kabi, chegara yaqinida χ_n va χ_p qalinliklarda zaryadga kambag’allashgan hududlar mavjud bo’lib, zaryad saqlanish qonuniga asosan
Χ_n va χ_p е N_aG’N_d (23)
saqlanishi kerak. Puasson tenglamasiga asosan
V_Dn = N_Dχ_n²G’2ε_GaAs va V_Dp = N_Aχ_p²G’2ε_Ge (24) ,
bu tenglamadan
V_DnG’V_Dp =N_Aε_GeG’N_Dε_GaAs (25)
kelib chiqadi. Bizning hol uchun bu nisbat 4:1 munosabatdadir. Shuning uchun, bu nisbat 0,42 eV va 0,10 eV ga tengdir. Bu kO’rilgan mulohazalardan qo’yidagi energetik diagrammani chizish mumkin.
Oddiy geometrik mulohazalar asosida ∆E_c uzilish uchun qo’yidagi tenglikni keltirish mumkin.
∆E_c = δ_GaAs = V_Dn – (E_g(Ge) – δ_Ge) = V_Dp (26)
va (1) tenglamani hisobga olib ∆E_c = χ_Ge – χ_GaAs (27)
hosil bo’ladi.
Valent sohadagi energetik uzilish uchun esa qo’yidagi tenglikni keltirish mumkin. ∆E_V = ( E_g(GaAs) – E_g(Ge)) – (χ_Ge- χ_GaAs) (28)
va (27)→(28) natijasida
∆E_c= ∆E_V = E_g(GaAs) – E_g(Ge) (29)
hosil bo’ladi. Xuddi shunday mulohaza asosida boshqa geterojuftliklar uchun ham energetik diagrammalarni tuzish mumkin. Bu diagrammalar ajralish chegarasida zaryad bo’lmagan hol uchun tO’g’ri bo’ladi.
Geterojuftliklarni tanlash
Geterojuftliklarni tanlash asosan ikkita kristallografik parametrni hisobga olishga asoslanadi. Bular panjara doimiyligi va issiqlikdan kengayish koeffitsientlaridir.
Panjaralar nomuvofiqligi agar bir necha foizni tashkil qilsa, u holda ajralish chegarasidagi holatlar zichligi 10¹⁴ sm^-2 va undan yuqori bo’lishi mumkin, natijada geteroO’tish xususiyatlari shu chegaraviy holatlarga bog’lik bo’lishi mumkin. Bunday holatlar juftlanmagan valentlari yoki «bebosh» bog’lanishlar hisobiga bo’ladi. Shular tufayli ajralish chegarasida qo’yidagi hollar kelib chiqadi;
a) ajralish chegarasida energetik sohalarning qayrilishi,
b) ajralish chegarasida ortiqcha asosiy bo’lmagan zaryad tashuvchilarning kuchli rekombinatsiyasi.
Agar ajralish chegarasidagi holatlar zichligi 10¹³ sm^-2 va undan kamroq bo’lsa, aytish mumkinki chegaraviy holatlar O’tish chegarasiga kam ta’sir qiladi va geteroO’tish xususiyatlari tashkil qiluvchi materiallar orasida hosil bo’lgan guteroO’tish xossalari bilan aniqlanadi. Shuning uchun asosan geterojuftliklar tanlashda panjaralar doimiyligini farqi 1 % va undan kamroq bo’lishi maqsadga muvofiqdir.
GeteroO’tishli materiallar olish texnologiyasi asosan uch usulga asoslangan. Bular jumlasiga suyuq va gaz fazadan epitaksiya usuli, molekulyar-nurli epitaksiya usuli va vakuumdan ustirish usullaridir.
Getero r-n O’tishlarning afzalliklari.
QE geteroO’tishli materiallar asosida tayyorlanganda qo’yidagi afzalliklarga ega bo’lishi mumkin.

1. 
   Agar keng sohali birinchi yarimo’tkazgichning man qilingan sohasi E_g1 va keyingi yarimo’tkazgichning man qilingan sohasi E_g2 bo’lsa, va E_g1>E_g2, holat uchun qisqa tO’lqinli oralikda spektral sezgirlikning O’sishi kuzatiladi.
   
2. 
   Birinchi yarimo’tkazgichni «optik darcha» sifatida qaralib uni maksimal ravishda kirishmalar kiritish (yorug’lik O’tishiga tO’sqinlik qilmaydigan
   
3. 
   darajada) vositasi bilan QE ning ketma-ketlik qarshiligini kamaytirish imkoniyati tug’iladi.
   
4. 
   Birinchi yarimo’tkazgichni qalin qilib olish mumkin bo’lgani uchun, QE ning har xil nurlanish radiatsiyasiga chidamliligi ortadi. Bu esa QE larini koinotda ishlatilganida muhim ahamiyat kasb etadi.
   

IV-BOB. QUYoSh FOTOELEKTRIK BATAREYaLARI VA ULARNI TAYYoRLASh TEXNOLOGIYaSI

1-§ Fotoelektrik batareya tushunchasi.
Fotoelektrik batareyalar yoki quyosh batareyalari (QB) murakkab qo’rilmalar bo’lib, ular ma’lum tartibda ulangan QE dan va bu elementlar joylashtirilgan eltuvchi asoslardan iboratdir. Bular tarkibiga ajratuvchi (blokiruyuhie) diodlar xam kiritilgan bo’lishi mumkin. QB konstruktsiyasi silkinish va urinishlarga chidamli va ishlashga oson bo’lishi kerak. QB tayyorlashning texnologiyasini yaratish uchun QE larining potentsial imkoniyatlaridan tO’la foydalanish maqsadga muvofiqdir. Buning uchun QB tayyorlash texnologiyasi batareya qo’vvati yuqotishlarni maksimal kamaytirish imkonini berishi zarur. QB larida qo’vvatning yuqotilishi ikki xil bo’ladi, bular optik va elektrik yuqotishlardir.

1. 
   Elektrik yO’qotishlar. Elektrik yuqotishlar asosan QE parametrlarini aniq O’lchashga va ularni parametrlariga qarab aniq saralashga bog’liqdir. Parametrlarga qarab saralash elektrik yuklanmaning optimal nuqtalariga yaqin qilib olib borilishi kerak.
   
2. 
   Optik yO’qotishlar. Optik yO’qotishlar bu tushayotgan quyosh nurining QE lariga hammasi etib bormasligi dalolatidir. Jumladan, bu yO’qotish QB sini germetizatsiya qilishdagi (germetik materialining bir jinsli bo’lmaganligi va texnologik jarayon natijasida paydo bo’ladigan nuqsonlar) va frontal yuzaga olingan nurni O’tkazuvchi qoplama (oyna yoki plastik modda) dagi yO’qotishlardan iborat.
   

Quyosh batareyalari tayyorlashdagi asosiy texnologik jarayonlar qo’yidagilardan iboratdir:
-QE larini tegishli parametrlar bO’yicha saralash,
-elementlarni berilgan kuchlanish va tok kuchi olish uchun kommutatsiya qilish,
-QB larini korpuslarini tayyorlash,
-kommutatsiya qilingan elementlarni batareyaga joylash va uni germetizatsiya qilish,
-QB larini parametrlar bO’yicha o’lchash va saralash.
QE larini kommutatsiya qilish. Kerakli kuchlanish va tok kuchi olish uchun QE lari parallel, ketma-ket yoki kompleks ravishda kommutatsiya qilinadi. Umuman aytganda QB sining elektrik qo’vvati batareyadagi QE lari qo’vvatlarining yig’indisiga teng bo’lishi kerak. Agar bunday bo’lmasa, demak yO’qotishlarni kamaytirish usulini topish zarur. QB sining toki batareyadagi parallel
ulangan elementlar tokining yig’indisi bilan aniqlanadi, kuchlanishi esa ketma-ket ulangan elementlar kuchlanishinieng yig’indisi bilan belgilanadi. Qo’yida hisoblash formulalari keltirilgan.
U_kb = N_kkU_ke, (30) I_kb = N_parI_ke, (31) P_kb =N_ΣP_ke, (32)
P_kb = U_kbI_kb, (33) P_ke = U_keI_ke, (34) N_Σ = N_kkN_par (34)
Misol: Qo’yidagi parametrlarga ega bo’lgan QE berilgan, U_yukl = 0,4 V da maksimal tok kuchi I = 0,5 A. Shu KE laridan 100 ketma-ket va 300 tasi parallel ulangan. Tayyorlangan QB sining parametrlari qanday? I_kb = 100 X 0,5 = 50 A, U_kb = 300 X 0,4 =120 V va P_kb =50 X 120 = 6000 Vt.
2-§. QUYoSh BATAREYaLARINING QUVVATINI HISOBLASh
QB va FES lar qo’vvatini hisoblash uchun va fotoelektrik qo’rilmalar tayyorlash uchun qo’yida keltirilgan punktlarni hisobga olish zarur.
1.Fotoelektrik qo’rilma qo’vvatini hisoblash uchun avvaliga uni ishlatilishi kO’zda tutilgan muhit bilan tanishish va shu muhit xususiyatlarini ( O’rtacha harorat, yorug’lik nurlarining o’rtacha quvvati, yorug’lik tushish muddati, yil davomidagi yorug’ kunlar va hokazo) O’rganish zarur.
2.Elektr energiyasi iste’molchilarining xarakterini (O’zgarmas tok iste’molchilari xususiyatlari, O’zgaruvchan tok iste’molchilari xususiyatlari), iste’molchilarning elektrik parametrlari (tok kuchi, kuchlanishi, O’zgaruvchan tok chastotasi), kerakli umumiy elektr qo’vvatini hisoblash. Xar bir iste’molchiga bir kunda O’rtacha ishlatish vaqtini aniqlash.
3.Ortiqcha ishlab chiqilgan elektr energiyasini hisoblash va energiyani yig’ish usulini tanlash.
4.Yig’uvchi akkumulyator elektr sig’imini hisoblash.
5.Fotoelektrik qo’rilma yig’ish uchun kerak bo’ladigan standart va nostandart asbob uskunalarni aniqlash.
6.Invertorlar parametrlarini, qo’vvatini va foydali ish koeffitsientini aniqlash.
7.Kontrollerlarning parametrlarini va qo’vvatini aniqlash.
8.Fotoelektrik qo’rilma konstruktsiyasini tanlash, parametrlarini rejalash, tayyorlash texnologiyasini aniqlash.
9.Fotoeletrik qo’rilmani tayyorlash.
10.Fotoelektrik qo’rilma qismlarini sinash. Qo’rilmani butunicha sinash.
11.Fotoelektrik qo’rilmani sinash natijalarini hisobga olgan holda uni parametrlarini optimal holga keltirish.
12.Qo’rilmani tajribaviy sinash va hisob va rejaviy natijalar bilan taqqoslash.
13.Fotoelektrik qo’rilmaning o’zini qoplash muddatini va samaradorligini aniqlash.
Misol sifatida O’zbekiston respublikasining chO’l sharoitida joylashgan, energiya markazlaridan uzoqda bo’lgan fermer xO’jalikni fotoelektrik qo’rilma bilan ta’minlashni kO’rib O’tamiz. Fermer xO’jalikning asosiy kasbi chorvadorlik va dehqonchilik bo’lsin.
Bu hudud uchun (Sirdaryo viloyati hududi) quyoshli kunlar 300 kun, tushayotgan yorug’likning O’rtacha qo’vvati 750 VtG’m², O’rtacha yorug’lik tushish muddati kuniga 8 soat bo’lsin.
2. Elektr energiyasining iste’molchilari, 6 kishidan iborat oila. Yoritish uchun 4 yorug’lik manbai har biri LDS-40 lampa, yoritish muddati bir kunda 4 soat. Ruzg’or buyumlari: televizor qo’vvati 60 Vt bir kunda ishlash muddati 3 soat,
sug’orish nasosi qo’vvati 20 Vt bir kunda ishlash muddati 2 soat, choy qaynatgich bir kunda ishlash muddati 2 soat, qo’vvati 20 Vt, kO’tarma kam qo’vvatli 40 Vt li slesar-tokar dastgohi O’rtacha ishlash muddati 0,5 soat.
3. Keltirilgan iste’molchilarining umumiy bir kunlik iste’mol qilgan umumiy elektr qo’vvati 0,64 Q 0,18 Q 0,04 Q 0,04 Q 0,02 = 0,92 kVt soatni tashkil etadi. Bir yilda esa 360 x 0,92 = 336 kVt soat.
4. Energiyani yig’ish uchun kislotali akkumulyatorni tanlab olamiz, uning kuchlanishi 12 V bo’lsin. U holda bir kunda 0,92 kVt elektr qo’vvatini yig’ish uchun, agar invertorning f.i.k. 0,92 bo’lsa, f.i.k. 10 % li QE laridan bir kunda 85 A x 12 V = 1000 Vt yig’ish mumkin. Agar yorug’likning O’rtacha tushish vaqti 8 soat bo’lsa har soatiga 125 Vt energiya jamlanishi yoki 20 % zahirali qilib fotoelektrik qo’rilma rejalashtirilsa 150 Vtli qo’rilma tayyorlanishi kerak.
5. Akkumulyator elektr sig’imini hisoblash uchun uning razryadlanish chegarasini deb olsak 75 % olsak, uning elektr sig’imi 300 A soat bo’ladi.Ikki xil invertor kerak bo’ladi:
A) LDS-40 yoritgichlar uchun chastotasi 20 kGts li, qo’vvati 150 Vt li invertor. B) Chastotasi 50 Gts li, qo’vvati 100 Vt li invertor.
6. Boshqaruvchi kontrollerning qo’vvati 150 Vt

7. 
   Fotoelektrik qo’rilmaning qo’vvati 150 Vt va uni statsionar yoki kO’tarma konstruktsiyali qilish maqsadga muvofiqdir.