2- amaliy mashg‘ulot:
Quyosh elementlarini tayyorlash texnologiyasi va
ularni o‘rganish usullari haqida.
Ishdan maqsad:
Quyosh elementlarini tayyorlash texnologiyasi va ularni
o‘rganish
QE ishlab chiqarish uchun foydalaniladigan materiallarni sanab o‘tishdan
oldin ular uchun yorug‘lik yutishni tanlashga asos bo‘lgan mezonni ko‘rib chiqish
lozim. Bu mezon taqiqlangan zona kengligi deb nomlanadi. Haqiqatdan ham E
g
ning kamayishi nurlanish spektrining katta qismini foydali ishlatishga imkon
beradi, ya’ni fototok zichligining J
ph
va o‘z navbatida J
sc
ortishi FIK ortishiga olib
kelishi kerak. Boshqa tomondan E
g
ning kamayishi to‘g‘ridan to‘g‘ri U
OC
va FF
kamayishiga olib keladi, bunda J
sc
ortishi U
OC
va FF kamayishini kompensatsiya
qilmaydi, shu sababli FIK kamayadi. Gamogen QE nazariy erishiladigan FIK ning
yutuvchi materialning taqiqlangan zona kengligiga bog‘liqligi 1-rasmda keltirilgan.
Fotoenergetika uchun klassik material sifatida monokristall kremniy hisoblanadi,
ammo uning asosida strukturalar ishlab chiqish – juda texnologik murakkab va
qimmatdir. SHuning uchun oxirgi vaqtlarda amorf kremniy, arsenid galliy va
polikristall yarimo‘tkazgichlarga katta e’tibor qaratilmoqda.
1-rasm. QE maksimal FIK ning material taqiqlangan zona kengligiga bog‘liqligi
(25
0
S da)
Polikristall quyosh elementlari
20 yildan kam bo‘lmagan yaroqlilik
muddatiga ega bo‘lib ularning samaradorligi quyosh nurlanishining tushish
burchagiga kuchli bog‘liq emas.
Bunday quyosh elementlarini ishlab chiqarishda o‘stirish operatsiyasi
bo‘lmaganligi sababli ularni ishlab chiqarishda energiya iqtisodi yuqoridir va
arzon hisoblanadi. Ammo polikristall kremniy strukturasi sohasida alohida
kristallchalarning hosil bo‘lishi sabab bunday quyosh elementlarining kichik
samaradorligi 15..16% ni tashkil etadi.
Yupqa qatlamli quyosh elementlari – hamma quyosh elementlarining ichida eng
arzon varianti bo‘lib ishlab chiqarishda eng kam sarfni talab qiladi.
Bunday quyosh elementlari asosidagi panellar diffuz-sochilgan nurlanishda ham
ishlay oladi, to‘g‘ri yunalgan quyosh nurlanishini talab qilmaydi. Ularning yil
davomida ishlab chiqargan yig‘indi quvvati a’nanaviy kristall quyosh panellariga
nisbatan 10...15% ga ko‘pni tashkil etadi. YUpqa qatlamli quyosh elementlariga
amorf kremniy (a-Si), kadmiy tellur (CdTe) misol keltirish mumkin. Amorf
kremniyning taqiqlangan zona energiyasini vodorod kirishmasini kiritish
(gidrogenezatsiya) yuli bilan o‘zgartirish mumkin. Vodorod bilan legirlangan
amorf kremniy (a-Si:N) amorf quyosh elementlarining asosi hisoblanadi. Ba’zida
vodorod bilan birgalikda yutuvchi amorf qatlam sifatida germaniy aralashmasidan
ham foydalaniladi (a-SiGe:N). Amorf kremniy quyosh elementlari uchun ishchi
o‘tuv sohalari sifatida quyidagi usullar ishlatilishi mumkin: SHotki to‘sig‘i,
MDO‘-struktura, p-i-n struktura.
Amorf kremniy quyosh elementlarining asosiy kamchiligi ekspluatatsiya
vaqtida degradatsiyalanishi hisoblanadi. Buning natijasida uning FIK kamayadi,
bu esa uning yaroqlilik muddatini kamaytiradi. Ayniqsa, kosmosda kuchli
ionlashgan nurlanish mavjudligida ularni qo‘llab bo‘lmaydi.
Amorf kremniy monokristall kremniyli QE qaraganda arzonroq muqobil
sifatida namoyon bo‘lmoqda. Amorf kremniyda optik nurlanishni yutish kristall
kremniyga qaraganda yigirma marta samaralidir. SHuning uchun 300 mkm taglik
qalinligidagi qimmat kristall kremniyli QE o‘rniga 0,5-1 mkm qalinlikdagi a-Si:H
dan foydalanish etarli bo‘ladi. Bundan tashqari monokristall kremniy m-Si
asosidagi QE uchun zarur bo‘ladigan sayqallash, polirovka, lazer nuri yordamida
kesish zaruriyati bo‘lmaydi, yupqa plenkali a-Si:H dan foydalanilganda katta
maydon talab qilinmaydi. Polikristall kremniyli QE bilan taqqoslaganda a-Si:H
asosidagi mahsulotlar nisbatan past haroratlarda (300
0
S) ishlab chiqariladi, arzon
shisha tagliklaridan foydalanish hisobiga kremniy sarfini 20 marta qisqartirish
mumkin. a-Si:H asosidagi eksperimental QE da maksimal FIK (~12%), kristall
kremniyli QE esa (~23%).
Galliy-arsenid - yuqori samarali QE yaratish uchun istiqbolli materiallardan
biri hisoblanadi. U qo‘yidagi xususiyatlarga ega:
-
Taqiqlangan zona kengligi 1,43 eV;
-
Quyosh nurlanishini yutishning yuqori samaradorligi, hammasi bo‘lib bir
necha mikron qalinlik qatlami zarur;
-
Yuqori radiatsion barqarorlik sabab bu material favqulodda kosmik
apparatlarda foydalanish uchun ishlab chiqariladi;
-
GaAs asosidagi QE nisbatan qizishga sezilarli emas (150
0
S);
-
GaAs qotishmalarining alyuminiy, mishyak, fosfor va indiy bilan hosil
qilgan xarakteristikalari GaAs xarakteristikalarini to‘ldiradi, QE
loyihalashda imkoniyatlarini kengaytiradi.
GaAs va uning qotishmalari asosidagi qotishmalarning asosiy afzalligi – bu
QE dizaynini yaratishning keng imkoniyati diapazoni hisoblanadi. GaAs asosidagi
QE har xil tarkibdagi bir qancha qatlamlardan tashkil topishi mumkin. Bu zaryad
tashuvchilarni yig‘ishga va generatsiya jarayonini boshqarishga imkon beradi.
Odatda GaAs asosidagi QE o‘ziga AlGaAs juda yupqa qatlamni biriktiradi. GaAs
asosiy kamchiligi uning tannarxining qimmatli ekanligidir. Ishlab chiqarishni
arzonlashtirish uchun uning tagliklarini arzonroq materiallardan yoki ko‘p marta
foydalanishga mo‘ljallangan tagliklar ishlatilishi mumkin.
QE tayyorlash uchun istiqbolli materialllardan biri CdTe va CdS
hisoblanadi. Ba’zan CdS ning shaffofligini oshirish uchun rux ham qo‘shishadi.
CdTe va uning strukturalarini tadqiq etish XX asrning 60-yillaridan boshlangan
bo‘lib u yuqori optik yutish koeffitsientiga ega. Taqiqlangan zona kengligi 1,5 eV
ga teng, QN jadal yutish uchun yupqa plenka ko‘rinishida ham foydalanish
mumkin. CdTe asosidagi QE har xil turlari o‘rtasida gamogen o‘tishga ega, Shottki
to‘sig‘iga ega, shuningdek Cu
2
Te, CdS va ITO (SHaffof o‘tkazuvchi oksid – qalay
va indiy oksidlari aralashmasi) birikmasidagi geteroo‘tishlar tadqiq qilingan.
Kelgusida foydalanish uchun eng yaxshi nuqta’i nazardan va takomillashgani n-
CdS/p-CdTe QE hisoblanadi.
Quyosh elementlari p-n turli yarimo‘tkazgichli materiallardan tashkil topgan.
Quyosh nurlanishi yarimo‘tkazgichli material strukturasida yutilib elektron-
kovaklar juftligini hosil qiladi, so‘ngra p-n o‘tish orqali ajratilib element old va
orqa yuzasidagi metall kontaktlarda yig‘iladi.
Quyosh elementlarini ommaviy ravishda ishlab chiqarish uchun asosiy
material sifatida hanuzgacha kristall kremniy hisoblanadi. Hamma quyosh
elementlarining 80% dan ortig‘i u asosida tayyorlangan tagliklardan iborat bo‘ladi.
Quyosh nurlanishini yaxshi yutish qobiliyatiga ega bo‘lmasada u boshqa
yarimo‘tkazgich materiallarga qaraganda qator afzalliklarga ega:
1). Kremniy Er yuzasida kremniy oksidi shaklida keng tarqalgan.
2). Kremniy zararli va faol element bo‘lmagani uchun atrof muhitga zarar
keltirmaydi.
3).Mikroelektronika sanoatida kremniy texnologiyasi yaxshi o‘rganilgan.
Kremniyli quyosh elementlarining amaliyotdagi samaradorligi 10-19%
atrofidadir. Uning yupqa plenkalari kaskad quyosh elementlarini tayyorlashda ham
ishlatiladi. Bu materiallarning kamchiligi vaqt o‘tishi, harorat ortishi, yuzasining
changlanishi bilan xarakteristikalarining yomonlashishidir, shuningdek yuqori
texnologiyalik, ishlab chiqarishdagi chiqimlilik ham hisoblanadi.
Quyosh fotoelektrik panellari quyosh nurlanishining bir qismini doimiy
elektr tokiga o‘zgartirib fotoelektrik stansiyaning asosiy qismi hisoblanadi. Quyosh
elementlari bir biri bilan ulangan holda modullarni (panellarni), modullar bir biri
bilan ulanib yirik fotoelektrik stansiyani hosil qiladi.
Hozirgi vaqtda quyosh fotoelektrik panellarining uchta turi keng tarqalgan:
-monokristall kremniyli;
-polikristall kremniyli;
-yupqa qatlamli
Quyosh nurlanishini elektr energiyasiga yuqori samarador o‘zgartiruvchi bu
monokristall kremniy asosidagi quyosh panellari hisoblanadi: ularning FIK
amaliyotda 18-19,5% ni, yaroqlilik muddati esa 25 yildan kam emas.
Bunday panellarning asosiy materiali monokristall ko‘rinishidagi toza
kremniy bo‘lib kremniy eritmasidan sekin tortib olinib o‘stiriladi. Bu jarayon
Choxralskiy qurilmasida amalga oshiriladi. Bunday usul bilan o‘stirilgan kremniy
sterjenlari qalinligi 0,2...0,4 mkm holatda lazer qurilmasida kesiladi, so‘ngra
edirish, silliqlash, tozalash jarayonidan so‘ng p-n o‘tish amalga oshiriladi.
Navbatdagi jarayon plastinaning orqa tomoni to‘liq metall kontakt bilan qoplanadi,
frontal tomoni esa nm qalinlikda lazer qurilmasida kanallar hosil qilinadi va metall
to‘rli kontakt yaratilib, himoya qoplamasi yotqiziladi. So‘ngra frontal yuzada
akslanishni kamaytirish uchun antiakslantirgich himoya qoplamasi uchiriladi.
Yuqoridagi jarayonlar quyosh elementini tayyorlash bosqichlari hisoblanadi.
Yakka holdagi quyosh fotoelektrik panellarining quvvati 10...400 Vt ga etishi
mumkin. Ushbu turdagi quyosh panellaridan optimal quvvat olish uchun ularning
ishchi harorati 15...25
0
S atrofida bo‘lishi lozim, chunki maksimal quvvat olish
faqat ochiq havoda, atrof muhit harorati 25°S, panellarning yunalishi Quyoshga
orientatsiyalanganda sodir bo‘ladi. Hattoki, kichik bulutlilik mavjudligida ham
ularning quvvvati 70% gacha kamayadi, to‘liq bulutlilik vaqtida 90% gacha ham
kamayishi mumkin.
Shuning uchun amaliyot vaqtida monokristall panellardan maksimal quvvat olish
uchun ularni quyosh potensiali yuqori bo‘lgan hududlarga o‘rnatib Quyosh
yunalishini avtomatik kuzatish tizimiga ega moslamalar bilan ta’minlash lozim.
| 