Buxoro davlat universiteti




Download 9.59 Mb.
bet8/19
Sana01.08.2021
Hajmi9.59 Mb.
#16632
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   19
, (1.1.6)

bunda (0) –absolyut temperatura nolga teng bo’lgan vaqtdagi man qilingan zona kenligi, a-o’zgarmas son. Bu kattaliklar har xil yarim o’tkazgichlar uchun har xil qiymatlar qabul qiladi. Masalan kremniy uchun eV demak,



. (1.1.7)

Bundan tashqari, yuqori temperaturalarda zaryad tashuvchilar aktivatsiyasi fonon yutishi orqali yuz bersa past temperaturalarda –fanon chiqarish bilan yuz beradi. Shuning uchun birinchi holda foton energiyasi - dan fotonning energiyasi qadar kam bo’lsa ham aktivatsiya bo’laveradi, ikkinchi holda esa zaryad tashuvchilar aktivatsiyalanishi uchun fotonning energiyasi dan fanoning energiyasiga teng bo’lgan miqdorda katta bo’lishi kerak.Ichki fotoelektirik effekda kvant chiqarish: Zaryad tashuvchilarni qo’zg’otish uchun kamida elektronning aktivasiya energiyasining teng bo’lgan energiyali foton kerak ekan. Ulardan kam energiyaga ega bo’lgan foton yutilsa fotoning energiyasi Kristall panjaraning issiqlik energiyasiga aylanib Kristallning temperaturasini oshirishga sarf bo’ladi. Aktivatsiya energiyasidan katta energiya ega bo’lgan foton yutilsa, bita yoki bir nechta elektron –teshik jufti hosil bo’lishi mumkin. Ortiqcha energiya esa zaryad tashuvchilarning kinetik energiyasiga aylanadi. Yuqorida aytilgan fizikaviy hodisani xarakterlash uchun ichki fotoelektrik effektda kvant chiqarish degan fizikaviy termin kiritilgan. Bu termin bilan kristallarda yutilgan bir dona fotonga to’gri kelgan elektron-teshik juftliklarining soni bilan o’lchanadigan kattalik xarakterlanadi.Yarim o’tkazgichli fotoelektrlarning effektiv ishlanish darajasi p-n –o’tishiga yetib kelgan elektron - teshiklar juftinig soniga bog’liq. Bunday elektron-teshiklar sonini xarakterlash maqsadida “effektiv kvant chiqarish” degan termin qabul qilingan. Bu kattalik p-n o’tishida ajralayotgan elektron-teshiklar juftlar sonini fotoelementda yutilgan fotonlar soniga bo’lgan nisbat bilan xarakterlanadi. Fotoelementni tayorlashda effektiv kvant chiqarish qiymatining maksimal bo’lishiga harakat qilinadi. Buning uchun: a) sirtiy va hajmiy rekombinatsiya tezligi minimal qiymatini qabul qilishiga kerak; b) zaryad tashuvchilarning diffuzyalanib siljish uzunligi p-n o’tishinig joylashish chuqurligidan kichik bo’lish kerak.Bunday shartlar bajarilishi uchun fotoelementning sirt qatlami n yoki p ning qaliligini talab olinadi.Umumiy holda, fotoelementdagi qisqa ulanish tokini quydagi formula orqali aniqlash mumkin:



, (1.1.8)

bunda Q-effektiv kvant chiqarish, -birlik yuzaga birlik vaqtda tushayotgan fotonlar soni, r-fotoelement yuzinig qaytarish koyffisenti. Effektiv kvant chiqarish bilan quydagicha bog’langan: , bunda -fotoelemetning to’planish koeffitsiyenti p-n o’tishda ajralayotgan elektron-teshik juftlari sonini yorug’lik ta’sirida generatsiyalanayotgan elektron-teshik juftlari soniga bo’lgan nisbati bilan o’lchanadigan kattaliklardir. Qator tajribalar shuni ko’rsatdiki, germaniy elementiga 0.5-1.7 mk diapazonida - o’zgarmas kattalik bo’lib uni birga teng deb olsak bo’ladi. Fotonning energiyasi 2.5 ev dan ortgandan so’ng chiziqli ortib boradi. Rentgen nurlari uchun fotoelementda elektron-teshik jufti hosil bo’lishligi uchun 2.5 ev energiya zarurdir. Agar fotoelement radioaktiv nurlar bilan nurlantirilsa, bir dona elektron-teshik jufti hosil bo’lishligi uchun o’rtacha 3ev energiya sarflanadi.

Kristallarda foton yutilishiga qaramasdan foton-zaryad tashuvchilarning hosil bo’lmasligi ham mumkin ekan, bunday hollarda kristall atomlari foton bilan o’zaro ta’sirlashgandan normal holatdan qo’zg’algan holatga o’tib qoladilar, ya’ni atomdagi valentli elektronlardan biri yuqoriroq energetik holatga o’tib qoladi. Lekin bu elektron atomdan ajralib chiqib ketmasdan o’zining qoldirgan o’rni-teshik bilan bog’langan bo’lib bitta sistemani tashkil qiladi. Bunday sistemani birinchi bo’lib YA.I.Frenkel tomonidan tekshirilgan bo’lib eksiton deb yuritilgan. Eksitonga elektr maydoni ta’sir qilmaydi, shuning uchun elektr tokida ishtirok eta olmaydi. Demak, yorug’lik ta’sirida elektron qo’zg’algan holatga o’tishi natijasida eksiton hosil bo’lsa kristallarda foto o’tkazuvchanlik hosil bo’lmaydi. Binobarin, kvant chiqarish ham nolga teng bo’ladi.Yarim o’tkazgichli fotoelementlarning spektral xarakteristikasi. Qisqa ulanish tokini nazariy keltirib chiqarilgan ifodasidan foydalanib, fotoelektronning to’planish koeffisientini, shu bilan birga spektral xarakteriskasini ham aniqlash mumkin.

Yorug’lik yoki boshqa ionlashtiruvchi faktlar ta’sirida generatsiyalangan elektron-teshik jufti p-n o’tish tomon diffuzyalanganda bir qismi sirtida rekombinatsiyalanadi. Qolgan qismi esa p-n o’tishiga kelib, u yerda bo’linadilar. Mana shu p-n o’tishida bo’lingan zaryad tashuvchilar qisqa ulanish tokida bevosita ishtirok etadi. Qisqa ulanish toki bilan yarim o’tkazgichli fotoelementning spektral xarakterlovchi kattaliklar orasidagi bog’lanish yoziladi.



. (1.1.9)

Agar yorug’lik fotoelementida to’liq yutilsa bo’ladi. Bundan tashqari ni fotoelementda yutilayotgan fotonlar soni deb bilsak, qaytarish koeffisiyenti r=0 bo’ladi. Qisqa ulanish toki berkitiluvchi qatlam uchun yozishimiz mumkin.





, (1.1.10)

berkitilmagan qatlam uchun





. (1.1.11)

Bu ifodadan foydalanib, p-n o’tishdagi to’planish koeffisiyentini p-n, o’tishning joylashish chuqurligiga va ga qanday bog’langanligini aniqlash mumkin. Analiz shuni ko’rsatdiki, p-n o’tishning joylashish chuqurligi juda kichik va juda katta bo’lganda 0. Juda kichik bo’lganda yorug’lik p-n o’tishdan ham ichkarida yutilib elektron-teshik juftlari p-n o’tishiga yetib kela olmaydi. p-n o’tishning joylashish chuqurligi juda katta bo’lsa fotonlar p-n, o’tishdan ancha berida yutiladi. Elektron-teshik juftlari soni p-n-o’tishning chuqurligi sm bo’lganda maksimal qiymatga ega bo’ladi.

Kremniy fotoelementining tajribada va (1.1.10) va (1.1.11) formulalar asosida olingan spektral xarakteristikasi ko’rsatilgan. Tajribada olingan spektral xarakteristika bilan (1.1.10) formula yordamida olingan spektral xarakteristika juda yaxshi mos keladi. Grafikdan ko’rinadiki qisqa to’lqinli nurlar sitiga yaqin joyda yutiladi. Generatsiyalangan zaryad tashuvchilar sirtiy rekombinatsiya natijasida yo’qolib p-n –o’tishiga boradigan elektron-teshik juftlari juda ham kam bo’ladi.

Uzun to’lqinli nurlar esa fotoelementning ancha ichkarisida yutilib, diffuzion siljish uzunligini chegaralangan qiymatiga ega bo’lgani uchun elektron-teshik juftlar p-n o’tishiga yetib kela olmaydi. Natijada kichik qiymatni qabul qiladi. Berkitilmagan qatlam hosil bo’lganda qisqa to’lqinli nurlar uchun katta qiymatni qabul qilishiga sabab shuki generatsiyalangan elektron-teshik juftlarining hammasi p-n-o’tishiga yetib borib, u yerda bo’linadi.

Qisqa ulanish toki uchun chiqarilgan formulalardan foydalangan holda yarim o’tkazgichli fotoelementlarning ayrim parametrlarini (p-n) o’tish joylangan chuqurlik zaryad tashuvchilarning diffuzyon siljish uzunligi va hakazolar aniqlash mumkin.

Quyosh batareyasi. Hozirgi zamon muamolaridan biri juda katta miqdorda quyosh radiatsiya energiyasidan maksimal foydalanish masalasidir. Quyosh radiatsiyasining qisqa to’lqinli qismi asosan Yer atmosferasida yutilib qoladi. Yer sirtiga esa uzun to’lqinli qismi yetib keladi.Quyosh energiyasidan foydalanishning juda ham ko’p usullari mavjud bo’lib bullardan eng effektivrog’i nurlanish energiyasini boshqa ko’rinishdagi energiyaga aylantirishda foydali ish koeffitsiyenti eng katta bo’lgan qurilma yarim o’tkazgichli quyosh batareyasi bo’lib hisoblaniladi.Yarim o’tkazgichli fotoelementlarni quyosh batareyasi sifatida ishlatishda quyoshdan kelayotgan radiatsiyaning spektral sostavini bilish masalasining asosiy tamoyillaridan biri bo’lib hisoblanadi. Shuning uchun quyosh batareyasini tayyorlashda quyosh spektrlarining qaysi qismlaridan foudalanish mumkinligini ko’rsatuvchi yarim o’tkazgichning optik xususiyatlarini va quyosh energiyasini elektr energiyaga effektiv aylantirib bera olishligini xarakterlovchi elektr xususiyatlarini bilgan holda yarim o’tkazgich materialini tanlab olish zarurdir. Yarim o’tkazgichning bunday xususiyatlariga ta’sir qiluvchi parametirlaridan biri man qilingan zonaning kengligiga teng yoki undan katta bo’lgan foton yutilishi kerak. Ya’ni bunda dan kichik bo’lgan energiyali fotonlar valentlik zonasidan o’tkazuvchanlik zonasiga elektron chiqara olmaydi. Bu hodisaga qaraganda kichik bo’lgan yarim o’tgazgich tanlab olish maqsadga muofiq, emasdek ko’rinadi. kichiklasha borsa fotoning ortiqcha energiyasi issiqlikka aylanishi natijasida effektivlik kamaya boradi.

Agar katta bo’lgan o’tkazgich talab oladigan bo’lsak yutilayotgan fotonlarning aktivligi kamaya boradi va yana nurlanish sepektirinig bir qismi bekorga sarf qilinadi.

Quyosh batareyasi uchun qisqa ulanish tokini.



, (1.1.12)

ko’rinishida yozak bo’ladi. Bunda ) energiyasi dan katta va unga teng bo’lgan birlik vaqtda fotoelementning birlik yuzasiga tushayotgan fotonlar sonini ko’rsatadi. Nurning qaytish, yutilish va rekombinatsiya tufayli yo’qolishini hisobga olmasak.



() . (1.1.13)

Bundan ko’rinadiki, qisqa ulanish toki energiyasi ga teng va undan katta bo’lgan fotonlar soniga bevosita bog’liq bo’lar ekan. ortishi bilan () kamaya boradi binobarin qisqa ulanish toki ham kamaya boradi.

Endi salt ishlatganda kuchlanish (fotoelementning elektr yurutuvchi kuchi)ning ga qanday bog’langanligini ko’rib chiqaylik salt ishlash kuchlanishi quydagi ko’rinish qabul qilinadi.

. (1.1.14)

Yoritilish juda kichik bo’lsa, deb olsak bo’ladi ya’ni,



. (1.1.15)

Ma’lumki, to’yinish toki ni ko’rinishida yozsak bo’ladi. (1.1.14) n i(1.1.15) ga qo’ysak uchun quydagicha formulani olamiz :



, (1.1.16)

bu formuladan ko’rinadiki ortishi natijasida tenglamaning o’ng tomonidagi birinchi hadning ortishi bilan ortib borsa ikkinchi hadning kamayishi hisobiga kamayib boradi. Demak, oldingi aytilgan mulohazalar va (1.1.16) ning analiziga asosan quyosh batareyasidan olingan quvvat ma’lum maksimumga erishar ekan. Shuning uchun ham fotoelementning foydali ish koeffitsiyentiga ta’sir qiluvchi parametrlardan biri bo’lib hisoblanadi.

Bu masala Loferiskiy tomonidan mukammal analiz qilinib alohida ko’rib chiqilgan. Bu ishda Quyosh energiyasi spektrining taqsimotidan foydalaniladi. Bundan tashqari, atmosferadagi yorug’likning yutilishi ham hisobga olinadi.

Yer sirtining birlik yuzasiga tushayotgan Quyosh radiatsiyasinig aktivligi va spektral sostavi uning atmosferadagi chang, suv bug’lari, gaz molekulalari va hokazolarning yutilishiga bog’liq bo’ladi. Atmosfera asosan ultrabinafsha spektrni kamaytiradi. Armosferadagi bu ta’sirni m va w lar orqali xarakterlash mumkin. Bunda m yorug’likning optik yo’lini xarakterlab formula orqali aniqlanadi bu yerda 0-fotoelement bilan zenit va quyosh tutashtiruvchi to’g’ri chiziqlar orasidagi burchak atmosferadagi suv bug’larining miqdorini xarakterlaydi. Bu kattaliklarning aniq qiymatini bilgan holda quyosh radiatsiyasinig chastotalar bo’yicha taqsimotini va shu bilan birga egirgiyasi ga teng va undan katta bo’lgan fotonlarning to’liq sonini aniqlash mumkin.





Download 9.59 Mb.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   19




Download 9.59 Mb.