A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab...

24
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ MHXANIKΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΙΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στόχος των δύο ασκήσεων ημιαγωγών (Φαινόμενο Hall – Φωτοβολταϊκές Κυψέλλες) του Εργαστηρίου Υλικών ΙΙΙ είναι οι εξοικείωση με τις ηλεκτρικές/οπτοηλεκτρικές μετρήσεις και τα βασικά χαρακτηριστικά των ημιαγωγών. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιούμε πρότυπα δείγματα των κλασσικών ημιαγωγών της στήλης IV του περιοδικού πίνακα, δηλ. Si (Ατομικός Αριθμός 14) και Ge (Ατομικός Αριθμός 32). Και οι δύο αυτοί ημιαγωγοί κρυσταλλώνονται στη δομή του διαμαντιού (βλ. Σχήμα 1), όπου τα άτομα του Si και του Ge βρίσκονται σε πλεγματικές θέσεις τετραεδρικής συμμετρίας. Το τετράεδρο που σχηματίζουν οι πλησιέστεροι γείτονες κάθε ατόμου, ορίζεται από τους κατευθυντικούς ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των τεσσάρων ηλεκτρονίων σθένους του κάθε ατόμου Si ή Ge. (α) (β)

Transcript of A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab...

Page 1: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝΤΜΗΜΑ MHXANIKΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΛΙΚΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΙΙΙΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Στόχος των δύο ασκήσεων ημιαγωγών (Φαινόμενο Hall – Φωτοβολταϊκές Κυψέλλες) του Εργαστηρίου Υλικών ΙΙΙ είναι οι εξοικείωση με τις ηλεκτρικές/οπτοηλεκτρικές μετρήσεις και τα βασικά χαρακτηριστικά των ημιαγωγών. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιούμε πρότυπα δείγματα των κλασσικών ημιαγωγών της στήλης IV του περιοδικού πίνακα, δηλ. Si (Ατομικός Αριθμός 14) και Ge (Ατομικός Αριθμός 32). Και οι δύο αυτοί ημιαγωγοί κρυσταλλώνονται στη δομή του διαμαντιού (βλ. Σχήμα 1), όπου τα άτομα του Si και του Ge βρίσκονται σε πλεγματικές θέσεις τετραεδρικής συμμετρίας. Το τετράεδρο που σχηματίζουν οι πλησιέστεροι γείτονες κάθε ατόμου, ορίζεται από τους κατευθυντικούς ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των τεσσάρων ηλεκτρονίων σθένους του κάθε ατόμου Si ή Ge.

(α)(β)

Σχήμα 1: (α) Η δομή του διαμαντιού στην οποία κρυσταλλώνονται οι ημιαγωγοί της στήλης IV (Si, Ge). Η επιστοίβαση τύπου ABC είναι χαρακτηριστική της κυβικής συμμετρίας της δομής του διαμαντιού. (β) Το τετράεδρο που σχηματίζει κάθε άτομο Si ή Ge με τους πλησιέστερους γείτονές του.

Τόσο το Si όσο και το Ge είναι ημιαγωγοί με έμμεσο ενεργειακό χάσμα 1.12 και 0.66 eV, αντίστοιχα, στη θερμοκρασία δωματίου. Στη θερμοκρασία δωματίου η πυκνότητα ενδογενών φορέων (αρνητικά ηλεκτρόνια – θετικές οπές) είναι πολύ μικρή. Για να αυξήσουμε την πυκνότητα των φορέων εισάγουμε σκόπιμα άτομα προσμίξεων τα οποία έχουν είτε ένα παραπάνω ηλεκτρόνιο σθένους (άτομα δότες-donors, συνήθως P με 5 ηλεκτρόνια σθένους), είτε ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο σθένους

Page 2: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

(άτομα αποδέκτες-acceptors, συνήθως Β με 3 ηλεκτρόνια σθένους). Στην περίπτωση προσμίξεων δοτών οι φορείς αγωγιμότητας είναι τα ηλεκτρόνια και ο ημιαγωγός καλείται n-τύπου (negative), ενώ στην περίπτωση προσμίξεων αποδεκτών οι φορείς αγωγιμότητας είναι οι οπές και ο ημιαγωγός καλείται p-τύπου (positive).

Στις δύο ασκήσεις ημιαγωγών του εργαστηρίου θα χρησιμοποιήσουμε πρότυπα δείγματα Ge άγνωστου τύπου προσμίξεων (Άσκηση Φαινομένου Hall) και συστοιχίες επαφών p-n Si (Άσκηση Φωτοβολταϊκών Κυψελλών).

ΑΣΚΗΣΗ ΦΑΙΝΟΜEΝΟΥ HALL

A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή

To φαινόμενο Hall είναι ένα από τα αημαντικότερα φαινόμενα στα οποία στηρίζεται ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των ημιαγωγών, καθώς μέσω των μετρήσεων Hall μπορούμε να προσδιορίσουμε με ακρίβεια την πυκνότητα και τον τύπο των φορέων, την ειδική αντίσταση του ημιαγωγού και την ευκινησία (mobility) των φορέων. Η σημαντικότητα του φαινομένου Hall είναι τόσο μεγάλη ώστε οι μετρήσεις Hall να αποτελούν την πιο δημοφιλή τεχνική ηλεκτρικού χαρακτηρισμού στην βιομηχανία των ημιαγωγών, ενώ δύο σχετικά πρόσφατα βραβεία Nobel (1985, 1998) βασίζονται στο φαινόμενο Hall.

Το φαινόμενο Hall παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 1879 όταν ο Edwin H. Hall ανακάλυψε ότι αναπτυσσόταν μια μικρή διαφορά δυναμικού στα άκρα μιας μεταλλικής πλάκας κάθετα στη διεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος, παρουσία μαγνητικού πεδίου. Μέχρι το 1879 οι ηλεκτρικές μετρήσεις παρείχαν αποκλειστικά τον λόγο μεταξύ της πυκνότητας και της ευκινησίας των φορέων. Η ανακαλύψη του φαινομένου Hall επέτρεψε τον ανεξάρτητο υπολογισμό αυτών των δύο ποσοτήτων.

Β. Θεωρία

Το φαινόμενο Hall βασίζεται στην επίδραση της δύναμης Lorentz FL

σε κινούμενους

φορείς (ηλεκτρόνια ή οπές) φορτίου q εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου B→

:

FL

→=−q v

→×B

, (1)

όπου v→

είναι το διάνυσμα της ταχύτητας του φορέα. Η διεύθυνση της δύναμης Lorentz καθορίζεται με τον κανόνα του δεξιού χεριού από τη θέση του μέσου δακτύλου αν παραλληλίσουμε τον αντίχειρα με το μαγνητικό πεδίο και τον δείκτη με τη φορά κίνησης των φορέων (υπενθυμίζεται ότι η φορά κίνησης των ηλεκτρονίων είναι αντίθετη από τη συμβατική φορά του ρεύματος).

Page 3: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

(α)

(β)Σχήμα 2: Η γεωμετρία που συνδέει τη φορά κίνησης των φορέων, το μαγνητικό πεδίο και τη δύναμη Lorentz για φορείς (α) αρνητικούς (ηλεκτρόνια), και (β) θετικούς (οπές).

Συνεπώς, όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο κινείται κάθετα σε ένα μαγνητικό πεδίο, θα υποστεί μια δύναμη κάθετα και προς τη διεύθυνση κίνησης και προς το μαγνητικό πεδίο. Για ένα πλακίδιο πάχους d ενός ημιαγωγού n-τύπου οι φορείς είναι ηλεκτρόνια τα οποία κινούνται σύμφωνα με τη γεωμετρία του Σχήματος 2(α) προς τη μια πλευρά (αριστερά) του πλακιδίου με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται θετικό φορτίο στο άλλο άκρο του πλακιδίου. Αντίστοιχα, αν ο ημιαγωγός είναι p-τύπου οι φορείς είναι οπές οι οποίες κινούνται κατά την ίδια φορά με τη συμβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος. Σύμφωνα με τη γεωμετρία του Σχήματος 2(β) οι θετικά φορτισμένες οπές κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση (αριστερά) με τα ηλεκτρόνια του Σχήματος 2(α). Αυτό οφείλεται στην αντίθετη φορά κίνησης των οπών και στο αντίθετο φορτίο που αναστρέφει τη φορά της δύναμης Lorentz. Με δεδομένη την κίνηση των οπών προς το αριστερό άκρο του πλακιδίου του Σχήματος 2(β), αρνητικό φορτίο αναπτύσσεται στο δεξί άκρο του πλακιδίου. Τελικά, με δεδομένη την κίνηση των φορέων προς την ίδια κατεύθυνση στα Σχήματα 2(α-β), αν μετρήσουμε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ του δεξιού και του αριστερού άκρου του πλακιδίου, μπορούμε να προσδιορίσουμε το είδος των φορέων από το πρόσημό της. Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται τάση Hall (Hall voltage VH).

Η τάση Hall VH υπολογίζεται συναρτήσει του μαγνητικού πεδίου Β, του ρεύματος Ι, της πυκνότητας φορέων Ν, του φορτίου των φορέων q και του πάχους του πλακιδίου d:

Page 4: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

V H=( IqNd )B

. (2)

Η πυκνότητα των φορέων Ν μπορεί να προσδιοριστεί γραφικά από την κλίση της ευθείας VH-B.

Ο συντελεστής Hall RH ορίζεται ως:

RH=E y

J x Bz=

V H dIB

, (3)

και συνδυάζοντας τις σχέσεις (2) και (3) κατλήγει στις απλούστατες εξισώσεις:

RH=− 1Ne e

, (4α)

για ηλεκτρόνια, όπου Νe η πυκνότητα ηλεκτρονίων και e το φορτίο του ελευθέρου ηλεκτρονίου, και

RH= 1N h e

, (4β)

για οπές, όπου Νh η πυκνότητα οπών. Οι Σχέσεις 4(α),(β) ισχύουν για υλικά με μεγάλη πυκνότητα φορέων και υψηλή κρυσταλλική ποιότητα.

Στην περίπτωση υλικού με έναν τύπο φορέων ή όταν Νh>>Νe ή Νh<<Νe, η σταθερά Hall συνδέεται με την ειδική αντίσταση ρ του υλικού και την ευκινησία μe ή μh των φορέων:

RH≈ρμe , (5α)

για ηλεκτρόνια, και

RH≈ρμh , (5β)

για οπές. Αν γνωρίζουμε την ειδική αντίσταση ρ, από τις Σχέσεις 5(α),(β) μπορούμε να υπολογίσουμε την ευκινησία των φορέων.

Page 5: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Γ. Πειραματικό Μέρος

1) Αρχικά υπολογίστε την αντίσταση του πλακιδίου Ge από την καμπύλη I-V του παρακάτω κυκλώματος χωρίς μαγνητικό πεδίο:

GeGe

VV

AA++ --

Σχήμα 3: Το κύκλωμα που χρησιμοποιούμε για τον προσδιορισμό της αντίστασης του πλακιδίου Ge. Η dc πηγή αποτελείται από μια πηγή ac, έναν ανορθωτή και ένα σταθεροποιητή.

Συμπληρώστε τον παρακάτω Πίνακα Ι με τις ενδείξεις του αμπερομέτρου και του βολτομέτρου, κρατώντας σταθερή την τάση τροφοδοσίας και μεταβάλλοντας τη μεταβλητή αντίσταση του κυκλώματος:

Πίνακας Ι

Α/Α Ι (Α) V (V)1234567…

20

Προσδιορίστε γραφικά την αντίσταση του Ge από την κλίση της καμπύλης I-V.

Page 6: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Προσδιορίστε την ειδική αντίσταση του Ge από την αντίσταση και τις διαστάσεις του πλακιδίου.

Βρείτε στο διαδύκτιο ή στη βιβλιοθήκη την ειδική αντίσταση του ενδογενούς Ge. Συγκρίνετε με την τιμή που προσδιορίσατε πειραματικά.

Αιτιολογήστε πιθανές διαφορές. Με δεδομένο ότι κάνατε μια μέτρηση δύο σημείων περιμένετε η αντίσταση που μετρήσατε να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από τη θεωρητικά αναμενόμενη; Ποιο είναι το πλεονέκτημα των μετρήσεων τεσσάρων σημείων;

2) Εξοικείωση με τον ηλεκτρομαγνήτη και το μαγνητόμετρο αντιστρόφου φαινομένου Hall.

Τροφοδοτήστε τον ηλεκτρομαγνήτη με dc τάση. Με τον κανόνα του δεξιού χεριού προσδιορίστε τη φορά του μαγνητικού πεδίου βάσει της φοράς του ηλεκτρικού ρεύματος.

Εξοικειωθείτε με το μαγνητόμετρο αντιστρόφου φαινομένου Hall (προσδιορισμός του Β από την Σχέση 2 χρησιμοποιώντας πρότυπο δείγμα γνωστών Ν και d) που παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.

Σχήμα 4: Μαγνητόμετρο αντιστρόφου φαινομένου Hall

Page 7: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

3) Μετρήσεις Hall.

Συνδέστε ένα δεύτερο βολτόμετρο για να μετρήσετε τη διαφορά δυναμικού στην κάθετη προς το ρεύμα διεύθυνση (τάση Hall), όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.

Τοποθετήστε προσεκτικά τον κρύσταλλο Ge μέσα στο ομογενές μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται στο εσωτερικό του ηλεκτρομαγνήτη. Τοποθετήστε προσεκτικά τον αισθητήρα του μαγνητομέτρου παράλληλα με τον κρύσταλλο Ge χωρίς όμως να εφάπτονται μεταξύ τους.

GeGe

VV

AA++ --

VH

Σχήμα 5: Η γεωμετρία μέτρησης τεσσάρων σημείων για το πείραμα Hall.

Δώστε σταθερή τροφοδοσία ~8 V ac για τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος Ιx

διαμέσου του Ge όπως στο πείραμα 1. Μεταβάλλεται την μεταβλητή αντίσταση μέχρι το ρεύμα να σταθεροποιηθεί στα ~5 mA. Διατηρώντας αναλλοίωτο το κύκλωμα του Ιx, μεταβάλετε το ρεύμα Im που περνά μέσα από τον ηλεκτρομαγνήτη και καταγράψτε τις αντίστοιχες τιμές του μαγνητικού πεδίου και της τάσης Hall. Συμπληρώστε τον Πίνακα ΙΙ:

Πίνακας ΙΙ

Α/Α Ιx (mA) B (T) VH (mV)123…

Page 8: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Παρατηρείτε μεταβολή των Ix και Vx με το μαγνητικό πεδίο Β;

Προσδιορίστε γραφικά την πυκνότητα των φορέων από το διάγραμμα VH-B κάνοντας χρήση της Σχέσης 2.

Από το πρόσημο της τάσης Hall και ακολουθώντας τη γεωμετρία μεταξύ των B και Jx

(όπως στο Σχήμα 2) προσδιορίστε των τύπο των φορέων.

Χρησιμοποιείστε την ειδική αντίσταση που προσδιορίσατε στο πείραμα 1 και τη σταθερά Hall για να υπολογίσετε την ευκινησία των φορέων Ge.

Βρείτε στο διαδύκτιο ή στη βιβλιοθήκη την ευκινησία των φορέων Ge. Συγκρίνετε με την τιμή που προσδιορίσατε πειραματικά. Υπάρχει διαφορά; Πώς δικαιολογείται η διαφορά αν λάβει κανείς υπόψη ότι η ειδική αντίσταση υπολογίστηκε στο πείραμα 1 μα μετρήσεις δύο σημείων;

ΑΣΚΗΣΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΚΥΨΕΛΛΩΝ

A. Εισαγωγή

Οι ηλιακές κυψέλλες αποτελούν τις σημαντικότερες διατάξεις παραγωγής εναλλακτικής ενέργειας. Η σπουδαιότητά τους έγκειται στη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας (φωτόνια) σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι συμβατικές φωτοβολταϊκές κυψέλλες αποτλούνται από Si wafers διαμέτρου συνήθως 4 ιντσών, οι οποίες αποδίδουν ισχύ περίπου 1W. Στη συνέχεια οι κυψέλες τοποθετούνται σε μεγαλύτερες ομάδες (modules, panels, arrays) όπως φαίνεται στο Σχήμα 6.

Σχήμα 6: Φωτοβολταϊκή κυψέλλη και συστοιχίες διαφόρων κλιμάκων.

Page 9: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Β. Θεωρία

Σχήμα 7: Αρχή λειτουργίας φωτοβολταϊκών κυψελών

Όταν φωτόνια μεγαλύτερης ενέργειας από το ενεργειακό χάσμα προσπέσουν στην επιφάνεια ενός ημιαγωγού, (Σχήμα 7, A-B), δημιουργούνται ζεύγη ηλεκτρονιίων οπών εξαιτίας της διέγερσης των ηλεκτρονίων στη ζώνη αγωγιμότητας. Αν τα ηλεκτρόνια και οι οπές διαχωριστούν χωρικά τότε αναπτύσσεται μια διαφορά δυναμικού η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέσω ηλετρικών κυκλωμάτων ως παροχή ενέργειας.

Ο χωρικός διαχωρισμός των ηλεκτρονίων από τις οπές επιτυγχάνεται με χρήση επαφών p-n, δηλ. επαφών π.χ. Si με προσμίξης Β και P, αντίστοιχα. Έτσι μια τυπική φωτοβολταϊκή κυψελλίδα σε κάθετη τομή θα έχει τη δομή που παρουσιάζεται στο Σχήμα 8.

n-type

p-typeΠεριοχή Απογύμνωσης Ε

Αντιανακλαστικό στρώμα

Ι

Πίσω επαφή

Μπρος επαφή

Σχήμα 8: Αρχή λειτουργίας μιας Φωτοβολταϊκής κυψέλλης βασισμένη σε μια επαφή p-n Si.

Page 10: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Σε μια p-n επαφή πολύ κοντά στη διεπιφάνεια δημιουργείται η περιοχή απογύμνωσης εξαιτίας τοπικής επανασύνδεσης φορέων προκειμένου τα δύο στρώματα να εμφανίζουν την ίδια ενέργεια Fermi. Η μεταφορά φορτίων στην περιοχή απογύμνωσης δημιουργεί τοπικά έναν πυκνωτη και αναπτύσσει ένας ομογενές ηλεκτρικό πεδίο, όπως φαινεται στο Σχήμα 8. Φορείς (ηλεκτρόνια και οπές) που θα δημιουργηθούν λόγω απορόφησης φωτονίων από την πηγή φωτός, θα κινηθούν αντίστροφα μεταξύ τους υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου. Αν ένα ηλεκτρόνιο διεγερθεί στο n-τύπου τμήμα της επαφής, η επαφή το αποτρέπει στο να μεταφερθεί στο p-τύπου τμήμα και να επανασυνδεθεί με μια οπή διαμέσου της επαφής. Αντίθετα, αν ένα ηλεκτρόνιο διεγερθεί στο p-τύπου τμήμα, το ηλεκτρικό πεδίο το ‘σπρώχνει’ στο n-τύπου τμήμα, προκαλώντας σταθερή ροή ηλεκτρονίων από το p-τύπου τμήμα στο n-τύπου τμήμα. Έτσι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα. Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία διαφόρων ηλεκτρικών εξαρτημάτων όπως κινητήρων, λαμπτήρων , κλπ, όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 9.

Σχήμα 9: Δομή μιας φωτοβολταϊκής κυψελλίδας η οποία τροφοδοτεί ένα εξωτερικό εξάρτημα (external load).

Γ. Πείραμα 1) Υπολογισμός χαρακτηριστικών οπτικής πηγής.

Ανάψτε το λάμπα που θα χρησιμοποιήσετε ως πηγή φωτός. Αφού περιμένετε τουλάχιστον 5 λεπτά για την αποκατάσταση της θερμικής ισορροπίας της πηγής, τοποθετείτε τη θερμοπύλη στον οδηγό μέτρησης απόστασης.

Μετράτε και καταγράφετε την τιμή της τάσης εξόδου της θερμοπύλης για διάφορες αποστάσεις. Από την τάση εξόδου της θερμοπύλης υπολογίζουμε την πυκνότητα ενέργειας του φωτός.

Συμπληρώστε τον Πίνακα ΙΙΙ.

Βρείτε στο διαδύκτιο ή στη βιβλιοθήκη την αρχή λειτουργίας της θερμοπύλης. Στην εργασία περιγρπαψτε τη θερμοπύλη αναλυτικά

Page 11: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Σχεδιάστε την τάση εξόδου της θερμοπύλης με την απόσταση από την πηγή φωτός σε log-log διάγραμμα.

Προσδιορίστε τη σχέση που συνδέει τα V και D. Η σχέση που προσδιορίσατε γραφικά αντιστοιχεί στη διάδοση ενέργειας ενός σφαιρικού κύματος;

Προσδιορίστε την πυκνότητα ενέργειας της προσπίπτουσας ακτινοβολίας από τις τιμές της τάσης εξόδου.

Πίνακας ΙΙΙ

Α/Α D (cm) V (mV) Power Density (W/m2)1 602 653 704 755 806 857 908 95

2) Υπολογισμός μέγιστης ισχύος της κυψελλίδας.

Τοποθετήστε την κυψελίδα στα 60 cm από την πηγή.

Συνδέστε το κύκλωμα του Σχήματος 10:

nn ppG eG e

VV

AA++ --

V H

VV

Σχήμα 10: Το ηλεκτρικό κύκλωμα για τον προσδιορισμό της μέγιστης ισχύος της ΦΒ κυψελίδας.

Μεταβάλλοντας τη μεταβλητή αντίσταση καταγράψτε την καμπύλη I-V και συμπληρώστε τον Πίνακα ΙV.

Πίνακας IV

Page 12: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του

Α/Α Ι (mΑ) V (V) Power (W)123…

Σχεδιάστε την I-V καμπύλη. Επίσης σχεδιάστε τις καμπύλες Ι-P και V-P. Προσδιορίστε τη μέγιστη ισχύ και σημειώστε πάνω στην I-V τις τιμές Imax και Vmax

που αντιστοιχούν στην Pmax. Υπολογίστε την απόδοση της κυψελίδας:

α=100% Pmax / Pin.

Επαναλάβετε την ίδια διαδικασία για άλλα τρια εμβαδά κυψελίδας, καλύπτοντας εν μέρει την κυψελίδα με πετάσματα.

Σχεδιάστε τη μεταβολή της απόδοσης με το εμβαδό της κυψελίδας. Σχολιάστε.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, Wiley, New York (1981).2. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics – 7th Edition, Wiley, New York

(1996).3. E. H. Hall, "On a New Action of the Magnet on Electrical Current," Amer. J.

Math. 2, 287-292 (1879). 4. L. J. van der Pauw, "A Method of Measuring Specific Resistivity and Hall Effect

of Discs of Arbitrary Shapes," Philips Res. Repts. 13, 1-9 (1958). 5. L. J. van der Pauw, "A Method of Measuring the Resistivity and Hall Coefficient

on Lamellae of Arbitrary Shape," Philips Tech. Rev. 20, 220-224 (1958).

Page 13: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 14: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 15: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 16: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 17: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 18: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 19: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του
Page 20: A. Εισαγωγή - Ιστορική Αναδρομή - University of …users.uoi.gr/ppats/Lab Materials III/Notes-Photovoltaic... · Web viewΣχήμα 1: (α) Η δομή του