Quyosh elementlari (angl. Solar cell)- quyosh optik nurlanishini to‘g‘ridan to‘g‘ri elektr energiyasiga o‘zgartiruvchi yarimo‘tkazgichli materiallar hisoblanadi. Quyosh elementlari doiraviy, psevdokvadrat, kvadrat yoki to‘g‘ri to‘rtburchakli shaklda bo‘ladi. Psevdokvadrat quyosh elementining standart o‘lchamlari: 100×100 mm 2 , 125 x125mm 2 , 156×156 mm 2 , 210x210mm 2 bo‘ladi.
Dunyoda ishlab chiqarilayotgan quyosh batareyalarining 92% dan ortig‘i kremniy asosidagi yarimo‘tkazgich materiallardan tayyorlanadi. Kremniy quyosh elementi strukturaviy tarkibiga ko‘ra 59 kristall va amorf kremniylarga bo‘linadi. Kristall kremniy o‘z navbatida mono va polikristall kremniylarga bo‘linadi (2-rasm).
1-Rasm. Kremniy quyosh elementining turlari m-Si Cell –monokristall kremniy;
p-Si Cell-polikristall kremniy; a-Si Cell-amorf kremniy.
Quyosh fotoelektrik batareyalari ketma-ket yoki parallel ulangan QE dan tashkil topadi. Standart holda individual foydalanish uchun mo‘ljallangan quyosh batareyalarini 36 ta ketma-ket yoki 72 ta aralash holda ulangan QE hosil qiladi (3-rasm).
2-Rasm. Standart 36 ta QE dan tashkil topgan fotoelektrik batareya.
QE yorug‘likni yig‘ish intensivligiga, kimyoviy tarkibi, qalinligi, qatlamlarning kristallik strukturasi, bitta taglikda biriktirilgan elementlar miqdoriga ko‘ra sinflanadi. Qe kristallik tarkibiga ko‘ra monokristall, multikristall, m-Si Cell p-Si Cell a-Si Cell 60 polikristall, mikrokristall va nanokristallarga bo‘linadi. Monokristall QE yarimo‘tkazgich kristall ko‘rinishida yutuvchi QE dan tashkil topadi. Multi-, poli-, mikro- va nanokristallik QE o‘lchamlari, strukturasi, har xil orientatsiyasiga ko‘ra yarimo‘tkazgichli kristall yutuvchi modda aralashmasi sifatiga ega, ularning o‘lchamlari QE turlarini aniqlaydi. Masalan, o‘lchamlari 1 dan 100 mm gacha – multikristall, 1 dan 1000 mkm- polikristall, 1 mkmdan kichik bo‘lsa – mikrokristall, 1 nm dan- kichik bo‘lsa nanokristall deb nomlanadi.
QE yutuvchi material tarkibiga ko‘ra kremniyli, AΙΙΙ VV asosidagi yarimo‘tkazgichlar, AΙΙ VVΙ asosidagi yarimo‘tkazgichlar, A Ι V ΙΙΙ S VΙ 2 asosidagi yarimo‘tkazgich va aralash turlarga bo‘linadi. Qoidaga muvofiq, konstruksiyasining qulayligi va QE FIK oshirish uchun uning qatlamlarining birida yorug‘lik yutilishini ta’minlash lozim. Bu yutuvchi qatlam (yutuvchi) deb nomlanadi. Ikkinchi yarimo‘tkazgich yorug‘lik bilan generatsiya qilingan zaryad tashuvchilarni yig‘ish va potensial to‘siqni yaratish uchun xizmat qiladi.
QE yorug‘lik yutuvchi material qalinligiga ko‘ra yupqa plenkali (bir necha mkm) va qalin plenkali (o‘n va yuz mkm) turlarga bo‘linadi. Yorug‘likni yig‘ish intensivligiga ko‘ra QE birlik va konsentratorli turlarga bo‘linadi. Birlik QE faqat egallab turgan yuzaga tushayotgan quyosh nurlanishi oqim zichligi uchun mo‘ljallangan bo‘lib yorug‘lik yig‘ish uchun hech qanday maxsus jihozlar bilan ta’minlanmaydi. Konsentratorli QE yorug‘lik oqim zichligini element yuzasida bir necha marta oshirishga imkon beradigan konsentratsiyalovchi qurilmalar (linzalar yoki ko‘zgular) bilan ta’minlanadi. Qoidaga muvofiq, konsentratorli QE yorug‘likni yuqori fotoelektrik o‘zgartirish ko‘rsatkichlariga ega qimmat yorug‘lik yutuvchan materiallardan tayyorlanadi. Bunday QE belgilanishida quyoshlarda (suns) o‘lchanadigan yorug‘lik yig‘ish koeffitsiyentlari ko‘rsatiladi.
QE volt-amper xarakteristikasi QE chiqish tokining kuchlanishga bog‘liqligini ko‘rsatadi (4-rasm). VAX o‘zgarishi QE tushayotgan yorug‘lik oqimi kattaligi va spektral tarkibiga bog‘liq.
QE va FEB ning asosiy parametrlariga quyidagi kattaliklar kiradi: salt yurish kuchlanishi (Uoc.), qisqa tutashuv toki (Is.c), pik (maksimal) quvvati (Ppik), nominal quvvat (Pn), foydali ish koeffitsiyenti (η), maksimal quvvatdagi tok (Ipmax.), maksimal 61 quvvatdagi kuchlanish (UPmax.), volt-amper xarakteristikasini to‘ldirish koeffitsiyenti (FF), qisqa tutashuv toki zichligi (Js.c). Fotoelektrik batareyalarning xarakteristikalariga esa spektral xarakteristika, volt-amper va volt-vatt xarakteristikasi kiradi.
QE asosiy xarakteristikasi hisoblangan volt-amper xarakteristika (VAX), volt-vatt xarakteristika (VVX) va spektral sezgirlik yarimo‘tkazgich materiallarning optik va elektrofizik xususiyatlariga bog‘liqdir. Quyosh elementlarining VAX, VVX xarakteristikasini o‘lchash uchun quyidagi sxemalardan foydalanildi (5- rasm).
3-rasm. QE volt-amper va volt-vatt xarakteristikalari.
Quyosh elementlarining VAX r-n o‘tishli yarimo‘tkazgichli diodning VAX dan yangi If hadning paydo bo‘lishi bilan farq qiladi. If – optik nurlanish ta’sirida quyosh elementida generatsiya bo‘lgan tokdir. Agar Id – diod orqali oqayotgan tok va I – tashqi yuklanma orqali oqayotgan tok bo‘lsa, u holda,
diodning qorong‘ilikdagi xarakteristikasi, Io – r-n o‘tishning teskari yo‘nalishdagi to‘yinish toki, q – elektron zaryadi, T – absolyut harorat, k – Bolsman doimiyligi, U – kuchlanish.
5-rasm. Quyosh elementlarining ekvivalent (a) va o‘lchash (b) sxemalari.
Quyosh elementining birlik yuzasidan olinayotgan quvvat R ni quyidagi tenglamadan baholash mumkin.
P = (In Un) = FF Ikz Uxx (3)
bu yerda, FF – volt-amper xarakteristikaning to‘ldirish koeffitsiyenti, ya’ni VAX shaklining to‘g‘ri turtburchakka qay darajada yaqinligini ko‘rsatadi. To‘ldirish koeffitsiyenti hozirgi zamon QE larida (kremniy va galliy arsenidi asosidagi elementlarda) 0,8 va undan kattadir. Shuningdek volt-amper xarakteristikaning to‘ldirish koeffitsiyenti quyosh elementi ishlab chiqarayotgan quvvatning qancha qismi yuklanmada foydalanishi mumkinligini ko‘rsatuvchi koeffitsiyent hisoblanadi, uning qiymati esa quyosh elementining ish rejimini tanlash orqali aniqlanadi:
= nn/ k.zx.x (4)
(Ux.x.) salt yurish kuchlanishi – QE QN bilan yoritilganda uning ochiq kontaktlarida yuzaga keladigan maksimal kuchlanish hisoblanadi. Bunda Ik.z. nolga teng bo‘ladi.
(Ik.z.) qisqa tutashuv toki – QE kontaktlarining qisqa tutashuvida yuzaga keladigan maksimal tok hisoblanadi. Bunda Ux.x. nolga teng bo‘ladi.
Yong‘in texnikaviy laboratoriyasi eksperti A.D.Pardaboyev