Halbleiterbauelemente - Photovoltaikzellen
Eine grundlegende Photovoltaikzelle besteht aus einem n-Typ- und einem p-Typ-Halbleiter, die einen pn-Übergang bilden. Der obere Bereich ist erweitert und transparent und im Allgemeinen der Sonne ausgesetzt. Diese Dioden oder Zellen sind außergewöhnlich und erzeugen eine Spannung, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Die Zellen wandeln Lichtenergie direkt in elektrische Energie um.
Die folgende Abbildung zeigt die symbol of photovoltaic cell.
Arbeiten einer Photovoltaikzelle
Der Aufbau einer Photovoltaikzelle ähnelt dem einer PN-Sperrschichtdiode. Es fließt kein Strom durch das Gerät, wenn kein Licht angelegt wird. In diesem Zustand kann die Zelle keinen Strom erzeugen.
Es ist wichtig, die Zelle richtig vorzuspannen, was eine angemessene Menge Licht erfordert. Sobald Licht angelegt wird, kann ein bemerkenswerter Zustand der PN-Sperrschichtdiode beobachtet werden. Infolgedessen erhalten die Elektronen ausreichend Energie und brechen von den Elternatomen ab. Diese neu erzeugten Elektron-Loch-Paare im Verarmungsbereich kreuzen den Übergang.
Bei dieser Aktion bewegen sich die Elektronen aufgrund ihrer normalen positiven Ionenkonzentration in das Material vom N-Typ. Ebenso fegen Löcher aufgrund ihres negativen Gehalts in das Material vom P-Typ. Dies bewirkt, dass das Material vom N-Typ sofort eine negative Ladung und das P-Material eine positive Ladung annimmt. Der PN-Übergang liefert dann eine kleine Spannung als Antwort.
Eigenschaften einer Photovoltaikzelle
Die folgende Abbildung links zeigt eine der Eigenschaften, eine grafische Darstellung zwischen Rückstrom (I R ) und Beleuchtung (E) einer Fotodiode. Das IR wird auf der vertikalen Achse und die Beleuchtung auf der horizontalen Achse gemessen. Der Graph ist eine gerade Linie, die durch die Nullposition verläuft.
dh I R = mE
m = Steigung der geraden Linie des Graphen
Der Parameter m ist die Empfindlichkeit der Diode.
Die Abbildung rechts zeigt eine weitere Eigenschaft der Fotodiode, ein Diagramm zwischen dem Sperrstrom (I R ) und der Sperrspannung einer Fotodiode. Aus dem Diagramm geht hervor, dass für eine gegebene Sperrspannung der Sperrstrom zunimmt, wenn die Beleuchtung am PN-Übergang zunimmt.
Diese Zellen versorgen im Allgemeinen eine Lastvorrichtung mit elektrischer Energie, wenn Licht angelegt wird. Wenn eine größere Spannung erforderlich ist, wird eine Anordnung dieser Zellen verwendet, um dieselbe bereitzustellen. Aus diesem Grund werden Photovoltaikzellen in Anwendungen eingesetzt, in denen hohe Lichtenergie verfügbar ist.