CC BY
4
УДК 621.311.2
Baratov L.
"Energetika" kafedrasi assistenti Jizzax politexnika instituti
QUYOSH ENERGIYASIDAN FOYDALANISHDA QUYOSH FOTOELEKTR O'ZGARTGICHLARINING AXAMIYATI
Annotatsiya. Ushbu maqolada quyosh energiyasidan quyosh fotoelektr o 'zgartgichlar yordamidan foydalanib elektr energiya olish, qolaversa elektronika elementlarining hususiyatlari keltirib o'tilgan. Quyosh energiyani fotoelektr о 'zgartirgichlar sohasidagi nazariy tadqiqot va amaliy ishlanmalar fotoelektr o'zgartirgichlarda nurlanish energiyani o'zgartirishda yuqori FIK bilan amalga oshirish mumkimligini tasdiqlanadi va bu maqsadga erishish uchun asosiy yo 'nalishlar belgilanadi.
Kalit so 'z: Fotoelektr о 'zgartirgichlar, elektronvolt, erkin elektron, n-p-o 'tishlar, yoritilganlik.
Baratov L. assistant Department of Energy Jizzakh Polytechnic Institute
THE IMPORTANCE OF SOLAR PHOTOELECTRIC CONVERTERS IN
USING SOLAR ENERGY
Abstract. In this article, the characteristics of obtaining electricity from solar energy using solar photoelectric converters, as well as the features of electronic elements are presented. Theoretical research and practical developments in the field of solar energy photoelectric converters confirm the possibility of high FIK in the conversion of radiation energy in photoelectric converters, and the main directions for achieving this goal are determined.
Keyword: Photoelectric converters, electronvolt, free electron, n-p-junctions, illumination.
Fotoelektr o'zgartirgichlar (FEO') uchun o'ziga xos taxminan 300-350 K muvozanat va quyosh T-6000 K temperaturalarda ularning nazariy FIKning chegarasi 90% bo'ladi. Bu esa, energiyaning qaytmas yo'qotishlarni kamaytirishga yo'naltirilgan o'zgartirgichlarning tuzilma va ko'rsatkichlarni maqbullashtirish oqibatda amalda haqiqiy FIKni 50% gacha va undan ortiqcha ko'tarish mumkinligini kursatadi (laboratoriyalarda hozir FIK 40% gacha erishgan) [1-5].
FEO'laming biginsli bo'lmagan yarimo'tkazgichli tuzilmalaгga quyosh nuгlanish ta'siг etganda, hosil bo'ladigan eneгgiyaning о'zgaгtiгishi fotoelektг effektiga asoslangan [6,7].
X uzunlikdagi to'lqinlar nurianishda fotonlaг eneгgiyasi (eV) quyidagi munosabatdan aniqlanadi:
bu yerda h = 6,626xl0"34 JxS - Plank doimiysi; с = 2,997925xl08 m/s -yomg'lik tezligi; X - to'lqin uzunligi, mkm.
Elektгonvolt - potensiallaT faгqi 1 V bo'lgan ikkita nuqtalaг oгasida elektгonni ko'chiгish uchun zaruг bo'lgan eneгgiyadiг [8,9].
1 eV=1,6x10-19 J.
Xz chegaгa to'lqin uzunligidan boshlab quyosh fotoelementning materialda fotonlaг yutiladi:
Xg = 1,24 I AYE;
bu yeráa AYE - taqiqlangan soha, sathlaming yo'qligi bilan tavsiflanadi, eni bo'yicha turii xil mateгiallaг uchun haг xil bo'ladi,
AYE ~ (1...2) eV.
Bundan oгtiqгoq uzun to'lqinli nuгlanisЫaг yaгimo'tkazgichlaгda yutilmaydi, demak, fotoelektг o'zgartirish nuqtai nazaráan foydasiz bo'ladi [10].
Quyosh nurianish eneгgiyani elektг ene^iyaga o'zgaгtiгish uchun yarimo'tkazgichli quгilmalaг quyosh fotoelementlaг (QFE) deb nomlanadi.
Yarim o'tkazgichli mateгiallaгdan geгmaniy Ge va kremniy Si eng muhim hisoblanadi. Kremniy D. I. Mendeleyev Davriy tizimida IV guгuhdagi elementlaгga kiradi, uning valentligi 4 ga teng. Kremniy atomlaг tashqi elektгon qobiqda 4 ta elektronla^ ega [11].
¿O Ó)
1-rasm: Toza kremniyning kristallik panjara
Ene^iya (issiqlik yoki yomg'lik) keltirilganda panjaгada atomlaгaгo bog^a^s^^ elektгonlarni yo'qotadi, bunda musbat zatyadto hosil bo'ladi.
Panjaradagi elektron bo'lmagan joyga "teshik" deb ataladi. "Teshik" - bu elektronni yo'qotgan atom, bu esa elektronlaming teshikdan teshikka o'tish bilan teshiklarning "harakati" vujudga keladi ("teshiklar" o'zi esa harakatlanmaydi) [12].
Agarda yarimo'tkazgichga tashqi elektr maydoni ta'sir etmasa, teshik va erkin elektronlar tartibsiz harakatlanadi. Agarda yarimo'tkazgichni elektr maydonga joylashtirsa, teshik va elektronlarning harakati tartibli yo'nalgan bo'ladi. Teshiklarning bir atomdan boshqa atomga o'tish harakatning yo'nalishi yarimo'tkazgich orqali tokning o'tish yo'nalishiga mos keladi. Teshiklar harakati bilan hosil bo'lgan o'tkazuvchaligiga teshikli yoki r-turdagi o'tkazuvchanlik (lotin. positive-musbat) deb ataladi. Elektronlar harakati bilan hosil bo'lgan o'tkazuvchaligiga esa elektron yoki p-turdagi o'tkazuvchanlik (lotin. negativt-manfiy) deb ataladi. Shunday qilib, yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligi elektronlarning o'tkazuvchanlik sohasidagi hamda elektronlarning valentlik sohasidagi harakati bilan belgilanadi. Lekin valentlik sohasida elektronlar emas balki teshiklar harakatlanadi deb qabul qilingan. Valentlik bog'lanishlar bo'zilishi oqibatda hosil bo'ladigan yarimo'tkazgichning o'tkazuvchanligiga xususiy o'tkazuvchanlik deb ataladi [13].
To'rt atomli Si kremniyni besh valentli R fosfor bilan legirlanganda aralashmaning atom joyning o'rniga ortiqcha elektron vujudga keladi (2 a - rasm).
¿0 Ô) 2-rasm. Legirlangan kremniyning kristallik panjarasi: a - fosfor bilan; b - bor bilan
Erkin elektronlarni vujudga keltiruvchi aralashmalarga donorli (lotin. donore-hadya qilmoq) deb ataladi. Bu holda kremniy elektron o'tkazuvchanli yarimo'tkazgich yoki p-turidagi yarimo'tkazgich deb nomlanadi. p-turidagi yarimo'tkazgichda o'tkazuvchanlik faqat elektronlar bilan hosil qilinadi [14].
To'rt atomli Si kremniyni uch valentli V bor bilan legirlanganda aralashmaning atom joyning o'rniga ortiqcha teshik vujudga keladi (2 b- rasm). Erkin elektronlarni kamaytiruvchi aralashmalarga akseptorli (lotin. acceptor-qabul qilmoq) deb ataladi. Bu holda kremniy teshik o'tkazuvchanli yarimo'tkazgich yoki r-turidagi yarimo'tkazgich deb nomlanadi. r-turidagi yarimo'tkazgichda o'tkazuvchanlik faqat teshiklar bilan hosil qilinadi [15].
p-turidagi yarimo'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi xususiy o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan materiallarning o'tkazuvchanligiga qaraganda ancha katta bo'ladi, chunki donorlarni ionlash energiyasi taqiqlangan sohaning enidan kichik va elektrolarni qo'zg'atilganda ular o'tkazuvchanlik sohaga yengil o'tadi. Xuddi shunday, r- turidagi materiallarda teshiklar valentlik sohaga yengil o'tadi. Bu hodisani tushintirish uchun Fermi sathi degan tushuncha kiritilgan. Fermi sathi taqiqlangan sohadagi energiyaning shartli sathini ifodalaydi (3-rasm), bundan asosiy tashuvchilar qo'zg'atiladi (elektronlar p-turidagi materiallarda va teshiklar r-turidagi materiallarda).
Valentlik sobas i
а) Ь) V)
3-rasm: Yarimo'tkazgichlardagi Fermi sathi (punktir): a - aralashmasiz yarimo'tkazgich, b-p-turidagi aralashma, v - r-turidagi aralashma
Qo'zg'atilish ehtimoli quyidagiga proporsional:
exp[-eAEi/(kT)];
bu yerda ye=1,6* 1G-19 Kl - elektron va teshikning zaryadi;
AYei - Fermi sathi bilan valentlik sohasi (AYer) yoki o'kazuvchanlik sohasi (AYer) orasidagi potensiallar farqi, J;
k =1,38x 1G-23 Dj/K - Bolsman doimiysi;
T - yarimo'tkazgichning temperaturasi, K.
Bitta monokristallda p- va n-turidagi yarimo'tkazgichlarni birlashtrilganda n-turidagi yarimo'tkazgichdan r-turidagi yarimo'tkazgichga elektronlarning diffuzion oqimi vujudga keladi, va teskari, r-turidagi yarimo'tkazgichdan n-turidagi yarimo'tkazgichga teshklar oqimi hosil bo'ladi. Bunday jarayonning oqibatda n-r o'tishga tutushgan r-turidagi yarimo'tkazgichning qismi manfiy zaryadlanadi, n-r o'tishga tutushgan n-turidagi yarimo'tkazgichning qismi, teskari, musbat zaryadga ega bo'ladi (4-rasm).
Yopuvchi qatlam
h
4-rasm: n-p-o^tish
Shunday qilib, n-r o'tishning yaqin joyda, elektron va teshiklarning diffuziya jarayonga qarshi ta'sir etadigan, ko'p zaradlangan qatlam hosil bo'ladi [16].
Diffuziya n-sohasidan p-sohasiga elektronlar oqimini yaratishga intiladi, zaryadlangan qatlamning maydoni esa, teskari, n-sohasiga elektronlarni qaytarishga harakat qiladi. Shunga o'xshash ravishda, n-p o'tishdagi maydoni p-dan n-sohasiga teshiklarning diffuziyaga qarshi ta'sir etadi. Ma'lum vaqtdan keyin muvozanat hosil bo'ladi. Zaryadlar to'planish natijada, o'tishning ikkala tomonidan, hosil bo'lgan qarama-qarshi ishorali elektr maydon, erkin elektron va teshiklar konsentratsiyaning farqi oqibatda vujudga kelgan, diffuziyani muvozanatlashtiradi. Natijada Fermi sathi doimiy potensiali ostida bo'ladi. Taqiqlangan sohasi AYE butun materialida mavjud va o'tkazuvchanlik sohasining hamda valentli sohasining energiyalar orasida potetsiallar sakrashi hosil bo'ladi [17,18].
O'tish joyida hosil bo'lgan kontaktli potensiallar farqi asosiy zaryadlar tashuvchilarning o'tishiga qarshilik ko'rsatadi, ya'ni r-qatlam tomonidan elektronlar o'tishiga, ammo asosiy bo'lmagan tashuvchilarni qarama-qarshi yo'nalishda qarshisiz o'tkazadi.
n-p-o'tishlarning bu xususiyati, FEO'ni quyosh yorug'lik bilan nurlantirilganda, fotoelektr yurituvchi kuchni (fotoEYUK) hosil qilish imkoniyatini yaratadi. FEO'ning ikkala qatlamlarda yorug'lik bilan hosil bo'lgan elektron-teshik juftlar n-p-o'tishda bo'linadi: asosiy bo'lmagan tashuvchilar (elektronlar) erkinlik bilan o'tish orqali o'tadi, asosiy tashuvchilar (teshiklar) esa tutib qoladi. Shunday qilib, quyosh nurlanish ta'sirida n-p-o'tishda ikkala
yo'nalishda nomuvozanatli asosiy bo'lmagan zaryad tashuvchilar (FEO' ishlash uchun zarur bo'lgan fotoelektron va fototeshiklar) ning tok o'tadi (5-rasm).
5-rasm. QFEda elektr tokning generasiyasi:
1- yuklama; 2-rekombinasiyalangan «teshik» 3-yuqori kontakt; 4-qo'yi kontakt; 5-fotonlar;6- o'tkazgich; 7-elektronning harakati; 8-teshikning ko'chishi
a) Fotonlar (5) elektron-teshik juftlarni hosil qiladi. Oldingi foton bilan hosil bo'lgan elektron va teshik QFE kontaktlar (3 va 4) ga harakatlanadi. Elektronlar tashqi (6-1-6) zanjir orqali ko'chadi, elektr tokni hosil qiladi.
b) Foton (5) bilan hosil bo'lgan teshik n-p-o'tish orqali o'tadi va musbat kontakt (4) ga harakatlanadi. Foton bilan hosil bo'lgan elektron ham n-p-o'tishdan o'tib, mafiy kontakt (3) ga harakatlanadi. Elektron n-yarimo'tkazgichdan o'tkazgich (6) ga o'tadi. Elektron r-yarimo'tkazgichga o'tib, teshik (2) bilan rekombinasiyalanadi.
QFE orqali Iz tokning zichligi, n-p-o'tishda hosil bo'lgan elektron-teshik juftlar hisobidan hamda p- va n-sohalarga muvofiq bo'lgan,
elektronlar In tok va teshiklar Ir toklarning yig'indisidan iborat: Iz = In + Ip - eg;(5)
bu yerda g - n-p-o'tishda yuza birligi hisobidan vaqt birligida hosil bo'lgan elektron-teshik juftlarning miqdori.
Yuqoridagi ma'lumotlardan kelib chiqib, yorug'lik intensivligi turli xil bo'lsa foto EYUK ham har xil hosil bo'ladi. Yoritilganlikning keng diapazonda fotoEYUK kattaligi yorug'lik intensivligining logarifmga proporsional bo'lib o'sadi.
Foydalanilgan adabiyotlar:
1. Суюн Л. и др. РЕАКТИВ КУВВАТ МАНБАЛАРИНИ НАЗОРАТ ВА БОШКАРУВИ УЗГАРТГИЧЛАРИНИНГ ТУРЛАРИ ВА УЗГАРТИРИШ ТАМОЙИЛЛАРИ ТАДЛИЛИ //INTERNATIONAL CONFERENCE DEDICATED TO THE ROLE AND IMPORTANCE OF INNOVATIVE EDUCATION IN THE 21ST CENTURY. - 2022. - Т. 1. - №. 4. - С. 202-207
2. Baratov L., Majidov X. ELEKTROMAGNIT O 'ZGARTGICH PARAMETRLARI //Talqin va tadqiqotlar. - 2023. - Т. 1. - №. 21.
3. Qurbanov A., Baratov L., Jalilov O. QUYOSH ENERGIYASIDAN FOYDALANISHDA QUYOSH FOTOELEKTR O'ZGARTGICHLARINING AXAMIYATI //Interpretation and researches. - 2023. - Т. 1. - №. 6.
4. Qurbanov A., Baratov L., Jalilov O. SANOAT KORXONALARINING SAMARADORLIK KO'RSATKICHINI OSHIRISH MAQSADIDA ELEKTR YUKLAMALARI KARTOGRAMMASINI QURISH VA BPP NING O 'RNATILISH JOYINI ANIQLASH //Interpretation and researches. - 2023. - Т. 1. - №. 6.
5. Baratov L., Xoldorov B., Majidov X. MUALLIFLIK GUVOHNOMASI. -2023.
6. Baratov L., Xoldorov B., Majidov X. CURRENT ISSUES OF ENERGY //Interpretation and researches. - 2023. - Т. 1. - №. 7.
7. Absalamovich N. B., Laziz B. The Concept of a Pumped Storage Power Plant //International Journal of Scientific Trends. - 2023. - Т. 2. - №. 5. - С. 1-6.
8. Наримонов Б. А., Баратов Л. С. ПЕРСПЕКТИВНОЕ РАЗВИТИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В УЗБЕКИСТАНЕ //European Journal of Interdisciplinary Research and Development. - 2023. - Т. 15. - С. 7-10.
9. Baratov L., Parmonov S. WIND TURBINES AND ITS APPLICATIONS //Talqin va tadqiqotlar. - 2024. - Т. 2. - №. 1 (38).
