10.Күн элементінің вольт-амперлік сипаттамасын түсіндіріңіз.

Жарықтанған р-n-өтуінің вольт-амперлықсипаттамасы үшін жалпы көрстекішін табайық. Ол үшін оған түрленуші кернулі қоректену көзі қосылсын. I_ф жылжу фототогының оң кернеуі кезінде р-n-өтуіндегі «қараңғы» токтан алынады, ал теріс болғанда онымен қосылады. Вольт-амперлік сипаттама үшін көрсеткіш мына түрде жазылады

I=I₀[exp ]–I_ф . (3.3.1)

р-n-өтуге жүктеменің түрленуші кедергісі қосылуын қарастырайық .Жүктемедегі ток бағыты әрқашан I_ф бағытымен сәйкес келеді, ал жүктеменің тогы р-n-өтуі арқылы өткен нәтиже токка тең болады ((3.3.1) қара). I_ф токтың бағытын оң деп қабылдап, I_н-ді былай жазуға болады

I_н=I_ф–I₀ (3.3.2)

мұндағы U_н – жүктемедегі кернеу, р-n-өтуіндегі кернеуге тең.

(3.2.2) көрсеткіші жарықтандырылған р-n-өтуінің жүктемелік вольт-амперлік сипаттамасын көрстетеді. Жүктемелік ВАС арсенид-галлиелік р-n – өтуі үшін фото ток шамасы I_ф = 1А 1-а – суретінде көрсетілген, осы суретте жүтеменің омдық кернеуінің ВАС көрсетілген

I_н= ,

1 – сурет. GaAs-та р-n-өтуінің жүктемелік ВАС-ы және жүктеме кедергісімен жарықтандырылған р-n-өтуінің эквиваленттік сызба нұсқасы (б).

ВАС-тің (3.3.2) белгілі жүктемелі параметрлері кезінде және берілген R_н шамасы U_н және I_н өлшемдері бірге шешілу кезінде жүйелі жақындату тәсілі бойынша (3.3.2) немесе 1,а – суретінде көрсетілгендей графикалық түрде табылады. Егер R_н аз шамалы болса, онда жүктемелі ВАС-тың көлденең учаскесінде графиктердің қиылысуы болады. R_н өсуі кезінде жүктеме арқылы өткен ток азаяды, өйткені р-n – өтуінің тік жылжуының өсуімен жүктеме шунтталады.

Яғни, (3.3.2) теңдеуіне сәйкес жарықтанған р-n-өту эквивалентті сызба нұсқа түрінде көрсетілуі мүмкін (1,б - сурет). Мұнда ток көзі тұрақты фото ток генерациясына еліктейді, р-n-өту кернеуінен тәуелсіз болады, ал диод жарықтандырылмаған р-n-өтуінен тұрады. R_н фото токты түрлендіру кезінде р-n-өтуімен жүктеме арасында қайта таратылады.

Жүктемеден бөлінетін электрлік қуат мына формуламен анықталады

Р=I_нU_н=I_фU_н–I₀U_нexp (3.3.4)

Әр түрлі температура мен сәулелену интенсивтілігі кезіндегі күн элементінің вольт-амперлік сипаттамаларын зерттеу заряд тасымалдаушылардың өткізу механизмі мен өту сапасы туралы маңызды мәліметтер алуға мүмкіндік береді. Бірақ сипаттамалардың үлкен көлемді анализін жүргізуден бұрын p-n өткелдің вольт-амперлік теңдеуінде тізбектей R_S және шунттеуші R_SH кедергілердің әсерін қарастыру керек. Күн элементінің вольт-амперлік сипаттамасының теңдеуін келесі түрде көруге болады

Мұндағы I_L-фототок, q-электрон заряды, I_si және n_i – токтың әр түрлі өту механизмдеріне жауап беретін кері қанығу тогының компоненті және диодтық коэффициент. I_si және n_i мәндерін V'-на тәуелді lg(I’+I_L) мәні арқылы алуға болады. Эквивалентті схемасына екі диод қосылған (әдетте ол реалды p-n ауысуда токтың өтуінің диффузионды және генерационды-рекомбинациялық сияқты екі механизмі бар екенін көрсету үшін істеледі) күн элементін қарастырғанда lg(I’+I_L) шамасының V'-на тәуелділік графигінде екі облысты көрсетуге болады, олар әр түрлі бұрышпен және сәйкесінше екі диодқа сәйкес келетін әр түрлі n-нің мәнімен, сондай-ақ I_si-ның да екі мәнімен сипатталады.

Cu₂S негізінде жасалған күн элементінің әр түрлі температурадағы I’+I_L-L-дің V’тәуелділігі 1.1 суретте келтірілген. Кейбір температуралардағы I_s-ты көрсетілген тәсіл бойынша анықтап, оның температураға тәуелділігін аламыз. Оны I_s(T) токтың әр түрлі өту механизмдеріне сәйкес келетін аналитикалық тәуелділігімен салыстыру арқылы шалаөткізгіштің тыйым салынған зонасының E_g қалыңдығын анықтап, басым механизмді көрсетуге және потенциалды барьердің Ф_В биіктігін, диффузиондық потенциалды V_D, Ричардсон тұрақтысының А* эффективтілік мәнін немесе гетеро ауысудағы шалаөткізгіштіктің шекарасындағы рекомбинацияның эффективті жылдамдығын S_I анықтауға болады.