• Xulosa: III. NAZARIY MATERIALLAR
  • Tayyorlash va ularning malakasini oshirishni tashkil etish bosh ilmiy metodik markazi toshkent davlat texnika universiteti huzuridagi




    Download 1,73 Mb.
    Pdf ko'rish
    bet13/50
    Sana07.09.2024
    Hajmi1,73 Mb.
    #270563
    1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   50
    Bog'liq
    majmua 2

    Elektroenergiya turlari 
     
    Quyosh yordamida 
    ishlab chikarilgan 
    elektroenergiya 
    Shamol yordamida 
    ishlab chiqarilgan 
    elektroenergiya 
    Suv erdamida ishlab 
    chiqarilgan elektroenegiya 
     
    Afzalligi 
    Kamchili
    gi 
    Afzalligi 
    Kamchiligi 
    Afzalligi 
    Kamchiligi 
    Xulosa: 
     
     


    III.
     
    NAZARIY MATERIALLAR 
    1-mavzu: Yarim o‘tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari. 
    Yarimo‘tkazgichli quyosh elemenlarida quyosh nurlanishini elektr 
    energiyasiga aylantirish 
    Reja: 
    1.
    Yarim o‘tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari. 
    2.
    Yarimo‘tkazgichli quyosh elemenlarida quyosh nurlanishini elektr 
    energiyasiga aylantirish. 
    3.
    Quyosh elementlari konstruksiyalari. 
     
    1.1.
     
    Yarim o‘tkazgichli kristallarning optik va elektrik xususiyatlari. 
    Quyosh elementlari (QE) asosan yarim o‘tkazgichli (YAO‘) materiallar 
    asosida tayerlanadi. Shuning uchun QE optik va fotoelektrik xususiyatlarini bilish 
    YAO‘ materiallar tuzilishini, ularning metallar va dielektrik materiallardan farkini 
    va YAO‘ materiallar uchun bevosita asosiy bo‘lgan xususiyatlarni o‘rganishni 
    taqozo etadi. 
    Qattiq jismlar hosil bo‘lishini YAO‘ materiallar misolida elektron nazariyasi 
    nuqtai nazaridan ko‘rib o‘tamiz. Qattiq jism hosil bo‘lishi jarayonida, atomlarning 
    bir-biriga nisbatan yaqinlashishi shu darajagacha boradiki, natijada tashqi 
    qobiqdagi elektronlarning umumlashishi hosil bo‘ladi. Atomdagi alohida 
    elektronlarning yakka ayrim orbitalari o‘rniga umumlashgan kollektiv orbitalar 
    hosil bo‘ladi, va atomdagi qobiqchalar sohalarga birlashadi hamda ular umuman 
    kristallga tegishli bo‘lib qoladi. Elektronlar harakatining xarakteri mutlaq 
    o‘zgaradi, ma’lum atomda va ma’lum energetik satxda joylashgan elektronlar 
    energiyasini o‘zgartirmasdan shu energetik sathdagi boshqa qo‘shni atomga o‘tish 
    imkoniyatiga ega bo‘ladi va, binobarin elektronlarni kristallda erkin siljishi 
    kuzatiladi. 
    Kristallning izolyasiya holatidagi barcha atomlarning ichki qobiqlari 
    elektronlar bilan to‘la bo‘ladi. Faqat eng yuqoridagi ayrim sathlardan iborat valent 
    elektronlari joylashgan sohadagina, sathlar to‘laligicha egallanmagan bo‘ladi. 


    Kristallning elektr o‘tkazuvchanligi, optik va boshqa xususiyatlari asosan valent 
    sohasining to‘ldirilish darajasiga va undan yuqoridagi sohagacha bo‘lgan energetik 
    masofa bilan aniqlanadi va unga o‘tkazuvchanlik sohasi deyiladi. Issiqlik va optik 
    kuzg‘atilish hisobiga o‘tkazuvchanlik sohasiga valent sohasidan elektronlar o‘tishi 
    va elektr tokini o‘tkazishda ishtirok qilishi mumkin. Valent sohasida hosil bo‘lgan 
    bo‘sh o‘rinoarga elektronlarning ko‘chishi, unga qarama-qarshi bo‘lgan musbat 
    zaryadlarning harakatini hosil qiladi va bu zaryadlarga teshiklar deyiladi.
    Dielektriklar deb, valent sohasi to‘ldirilgan va bu sohadan keyingi, 
    o‘tkazuvchanlik sohagacha energetik masofa nisbatan katta bo‘lgan moddalarga 
    aytiladi. 
    Metallar uchun boshqa tuzilish xarakterlidir, ularda bevosita valent sohasi 
    qisman to‘ldirilgan bo‘ladi, yoki u keyingi soha-o‘tkazuvchan sohasi bilan 
    kirishishgan bo‘ladi. 
    Agar moddaning valent sohasi to‘laligicha egallanmagan bo‘lsayu, ammo 
    o‘tkazuvchanlik sohasigacha bo‘lgan energetik masofa nisbatan kichik (2 eV dan 
    kamroq) bo‘lsa, bunday moddalar YAO‘ deyiladi. YAO‘ xususiyatlari xususan 
    elektr o‘tkazuvchanligi tashqi muhitga, ayni=sa haroratga bog‘lik bo‘ladi.Harorat 
    (T)ning ortishi elektronlar miqdorining valent va o‘tkazuvchanlik soha orasida 
    joylashgan man qilingan sohadan ( Eg ) o‘tib o‘tkazuvchanlik sohasiga o‘tishda tok 
    tashuvchilarning eksponensial ravishda ko‘payishiga va elektr o‘tkazuvchanlikning
    (σ) 
    σ =Aexp(-Eg/2kT) (1) 
    tenglamaga asosan o‘zgarishiga olib keladi. Bu erda k– Bolsman doimiyligi, A – 
    moddani xarakterlovchi o‘zgarmas kattalik. 
    Metallarning elektr o‘tkazuvchanligi erkin elektronlar konsentratsiyasi 
    o‘zgarmas bo‘lganligi tufayli elektronlar harakatchanligining haroratga bog‘likligi 
    bilan aniqlanadi va haroratning ortishi bilan asta-sekin kamayadi.. 
    YUqoridagi tenglamani logariflab quyidagi holda ifoda etamiz. 


    ℓnσ=ℓnA- E/2kT (2) 
    Bu tenglamani yarim logarifmik koordinatalarda grafik ravishda ko‘rsatish 
    mumkin va hosil bo‘lgan to‘g‘ri chiziq va uning φ burchakli tangensi YAO‘ 
    materiallarning asosiy parametri bo‘lgan, man qilingan soha kengligi bo‘lgan
    Eg=2kTφ ni aniqlaydi. Ta’kidlash lozimki, qiya to‘g‘ri chiziq ,ya’ni elektr 
    o‘tkazuvchanlikning logarifmi 1/T dan o‘zgarishi faqat toza kirishmalardan xoli, 
    xususiy o‘tkazuvchanlikka ega bo‘lgan materiallar uchungina shunday ko‘rinishga 
    ega. 
    Kirishmali yarim o‘tkazgichlarda lnG ning 1/T dan bo/lanishi murakkab 
    bo‘lib, u ikkita qiya to‘g‘ri chiziqdan iborat bo‘lishi mumkin va bir-biri bilan 
    gorizontal qism orqali tutashgan bo‘ladi. Past haroaratli sharoitda o‘lchash 
    natijasida olingan ℓnσ=ℓnA- E/2kT tenglamadan hosil qilingan qiya to‘g‘ri chiziq 
    tangensi yordamida kirishmalarning man qilingan sohada joylashgan energetik 
    sathlari holatini aniqlash mumkin. ,YUqori haroratli sharoitda olingan hollarda esa 
    YAO‘ materialning man qilingan sohasi kattaligini, ya’ni Eg ni aniqlash mumkin. 
    QE tayerlashda quyosh nurlanishining YAO‘ material bilan o‘zaro ta’siri, 
    fotonlar energiyasi materialdagi elektronlarda yutilishi va chiqishi jarayonlari 
    muhim ahamiyatga egadir. 
    Kvant mexanikasida elementar zarrachalar, shu jumladan elektronlar ham 
    to‘lqin xossalariga ham ega deb qaraladi. SHuning uchun elementar zarrachalar 
    harakatini o‘rganishda energiya (E) va impuls (R) bilan bir qatorda, ularning 
    to‘lqin uzunliklari λ va takrorlanuvchanligi ν va to‘lqin vektori K=P/h, ( h- Plank 
    doimiyligi ) ham ishlatiladi. Bu erda E=h ν va P=h/ λ ga teng. 
    Kristallning sohali tuzilmasini E – K diagrammalar bilan tasvirlash mumkin. 
    Bu erda energiya elektron-voltlarda (eV) to‘lqin vektori K – kristalli panjara 
    doimiyligi qismlarida ko‘rsatiladi, shu bilan birga K o‘qida ko‘rsatkichlar 
    yordamida 
    kristall 
    orientatsiyasining 
    yo‘nalishi ko‘rsatiladi. E – K
    diagrammasining ko‘rinishi vositasida sohalararo o‘tishlarning YAO‘ materialdagi 


    xarakteri va jumladan o‘tishning «to‘g‘ri» yoki «to‘g‘rimas»ligini aniqlash 
    mumkin. 
    Optik yutilishni o‘lchashdan aniqlangan Eg ning kattaligi, ko‘pincha YAO‘ 
    materialdagi erkin zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasiga, haroratga va 
    kirishmalar energetik sathlarining man qilingan sohada mavjudligiga bog‘lik 
    bo‘ladi. Agar o‘tkazuvchanlik sohasi tubidagi va valent sohasi ustidagi holatlar 
    zaryad tashuvchilar bilan to‘ldirilgan bo‘lsa, u holda optik o‘lchashlar natijasi 
    kirishmali YAO‘ li materiallar uchun E
    g
    sof xususiy materialga tegishli 
    qiymatidan kattaroq bo‘lishi mumkin. Agar kirishmalar hosil qilgan soha eng yaqin 
    ruxsat etilgan soha chegarasi bilan birlashib ketsa,masalan, ko‘p miqdordagi 
    kirishmalar kiritilganda kuzatiladigan holat, u holda Eg kamayadi. Eg ning bunday 
    kamayishi asosiy yutilish chegarasiga ta’sir qiladi. 
    YAO‘ materialda yutilish koeffitsienti α odatda to‘lkin energiyasining 1/ α
    masofada e marotaba kamayishi orqali aniqlanadi va u N=N
    o
    exp(-αℓ) dan
    topiladi, bu erda N – YAU materialda ℓ chuqurlikka kirgan fotonlar oqimining 
    zichligi, N
    o
    – material sirtini kesib utuvchi fotonlar oqimining zichligi. 


    Rasm 
    2. Yarim o‘tkazgichli ayrim materiallar uchun yutilish ko‘rsatkichining
    energiyadan o‘zgarishi. 1- Si, 2-CdTe, 3-GaAs, 4-InP. 
     
    Materialning yutilish koeffitsienti α yutilish ko‘rsatkichi K bilan α=4πK/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 energiya bo‘yicha o‘zgarishi 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 10
    4
    – 10
    5
    smˉ¹ darajasiga ko‘tariladi. 
    Kremniy materialida esa yutilish jarayoni 1,1 eV dan boshlab to‘g‘ri 
    bo‘lmagan energetik o‘tishlar orqali bo‘ladi va buning uchun xam yoru/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 
    materialini qo‘llab quyosh spektrining juda katta qismini elektr tokiga aylantirish 
    mumkin. Misol uchun atmosferadan tashqaridagi quyosh nurlanishi uchun (AM O) 
    bu 74% 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 konsentratsiyasiga bog‘lik bo‘ladi. Erkin zaryad tashuvchilar engil 
    ionizatsiya bo‘la oladigan kirishmalar konsentratsiyasiga 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-teshik 
    juftligi bo‘lib zaryad tashuvchilar konsentratsiyasini o‘zgartirmaydi. Chunki 
    kristall ichida alohida elektron yoki teshik xarakatlari emas, balki bog‘langan 
    holat xarakatidir.
    Yutilish spektrlari kristall tuzilishi xususida kerakli va har tomonlama 
    foydali informatsiya beradi, jumladan, legirlanish darajasi, kirishmalarning 


    aktivlanish energiyasini va ularning man qilingan sohada joylashgan energetik 
    sathlarini aniqlab beradi. Masalan, yutilish spektrlari asosida kremniyda
    kislorodning bor yuqligini aniqlash mumkin (9 mkm). YAO‘ materiallarda 
    akslanish koeffitsienti asosiy yutilish chegarasida uy sharoitida ionizatsiya 
    bo‘ladigan kiritilgan kirishmalar darajasiga bog‘lik emas. Ammo spektrning uzun 
    to‘lqinli sohasida akslanish koeffitsienti R, bunday kirishmalar ortishi bilan keskin 
    o‘sishi kuzatiladi. 

    Download 1,73 Mb.
    1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   50




    Download 1,73 Mb.
    Pdf ko'rish

    Bosh sahifa
    Aloqalar

        Bosh sahifa



    Tayyorlash va ularning malakasini oshirishni tashkil etish bosh ilmiy metodik markazi toshkent davlat texnika universiteti huzuridagi

    Download 1,73 Mb.
    Pdf ko'rish