Noananaviy energiya turlari va ulardan foydalanish

Quyosh elementlarining ishlash printsipi.Hozirgi zamon muammolaridan biri juda katta miqdordagi quyoshradiatsiyasi energiyasidan maksimal foydalanish masalasidir. Quyoshradiatsiyasining qisqa to`lqinli qismi asosan yer atmosferasida yutilib qoladi ,yersirtiga esa uzun to`lqinli qismi yetib keladi.Quyosh energiyasidan foydalanishning juda ham ko`p usullari mavjud bo`libbulardan eng effektivrog`i nurlanish energiyasini boshqa turdagi energiyagaaylantirishda foydali ish koeffitsenti eng katta bo`lgan qurilma yarim o`tkazgichliquyosh batareyasi hisoblanadi.Yarim o`tkazgichli fotoelementlarni quyosh batareyasi sifatida ishlatishdaquyoshdan kelayotgan radiatsiyaning spektral sostavini bilish masalaning asosiytamonlaridan biri hisoblanadi.Shuning uchun quyosh batareyasini tayyorlashdaquyosh spektrining qaysi qismlaridan foydalanish mumkinligini ko`rsatuvchi yarimo`tkazgichning optik hususiyatlarini va quyosh energiyasini elektr energiyasigaeffektiv aylantirib bera olishligini harakterlovchi elektr hususiyatlarini bilganholda, yarim o`tkazgich materialni tanlab olish zarurdir. Yarim o`tkazgichningbunday hususiyatlariga tasir qiluvchi parametrlaridan biri man qilingan zonaningkengligi E_gni bilish kerak.Ma`lumki, elektron teshik juftini hosil qilish uchun energiyasi E<sub>g</sub> ga tengyoki undan katta bo`lgan foton yutilishi kerak, ya`ni:
hv ≥ E<sub>g</sub>
bunda E<sub>g</sub> dan kichik bo`lgan energiyali fotonlar valent zonasidan o`tkazuvchlik zonasiga elektron chiqara olmaydi. Bu hodisaga qaraganda E<sub>g</sub> kichik bo`lgan yarimo`tkazgich tanlab olish maqsadga muvofiq emasdek ko`rinadi. E_gkichiklashaborsa, fotonning ortiqcha energiyasi issiqlikka aylanishi natijasida effektivlikkamaya boradi. Agar E_g katta bo`lgan yarim o`tkazgich tanlab oladigan bo`lsak,yutilayotgan fotonlarning aktivligi kamaya boradi va yana nurlanish spektrining birqismi bekorga sarf qilinadi.Quyosh batareyasidagi qisqa ulanish tokini
j<sub>qu</sub>= e(1-r) (1-e<sup>-rd</sup>) Q n<sub>f</sub> (E<sub>g</sub>) (1)
ko`rinishda yozsak bo`ladi. Bunda n<sub>f</sub>(E)-energiyasi E<sub>g</sub>dan katta va unga teng soniniko`rsatadi.Nurning qaytish, yutilish va rekombinatsiya tufayli yo`qolishini hisobgaolmasak,
j<sub>qu</sub>=-e n<sub>f</sub> (E<sub>g</sub>) (2)
Bundan ko`rinadiki, qisqa ulanish toki energiyasi E_gga teng va undan katta bo`lgan fotonlar soniga bevosita bog`liq bo`lar ekan. E<sub>g</sub> ortishi bilan n<sub>f</sub>(E<sub>g</sub>) kamaya boradi, binobarin qisqa ulanish toki ham kamaya boradi.Endi salt ishlaganda kuchlanish (foto E.Yu.K) ning E<sub>g</sub> ga qandaybog`langanligini ko`rib chiqaylik. Salt ishlash kuchlanishi V<sub>s</sub>quyidagi ko`rinishniqabul qiladi:
V_s=kT /e ln(j_qu /j_s +1) (3)
Yoritilish juda kichik bo`lmasa,j<sub>qu</sub> /j<sub>s</sub>>>1 deb olsak bo`ladi,yani V_s=kT /e lnj_qu /j_s(4)
Ma`lumki, to`yinish toki js ni
j_s=j_O e^-Eg/kT (5)
ko`rinishda yozsak bo`ladi. (5) ni (4) ga qo`ysak Vs uchun quyidagi formulani olamiz:
V<sub>s</sub>=E<sub>g</sub>/e +kT /e ln j<sub>qu</sub> /j<sub>s</sub>(6)
Bu formuladan ko`rinadiki Eg ortishi natijasida tenglamaning o`ng tomonidagi birinchi hadning ortishi bilan Vs ortib borsa , ikkinchi handing kamayishi hisobigaVskamayib boradi. Demak, oldingi aytilgan mulohazalar va (6) ning analizigaasosan quyosh batareyasidan olinadigan quvvat ma`lum Egda maksimumga erisharekan. Shuning uchun ham Egfotoelementning foydali ish koeffitsientiga tasirqiluvchi parametrlardan biri hisoblanadi.Bu masala Loferskiy tamonidan mukammal analiz qilingan. Bu ishda quyoshenergiyasi spektrining taqsimotidan foydalaniladi. Bundan tashqari, atmoseradagiyorug`likning yutilishi ham hisobga olinadi. Yer sirtining birlik yuzasigatushayotgan quyosh radiyatsiyasining aktivligi va spektral sostavi uningatmosferadagi chang, suv bug`lari, gaz malekulalari va hokazolarda yutilishigabog`liq bo`ladi. Atmosfera asosan ultrabinafsha spektrni kamaytiradi.
Quyosh fotoenergetikasida ishlatiladigan asosiy xom ashyo materiali – buyarimo'tkazgich monokristall yoki polikristall kremniy hisoblanadi. Kremniyelementi Yer sharoitida birikma holatida uchraydi. U ma'lum bir texnologiyalar
yordamida ajratib olinadi. Hosil bo'lgan kremniy xom ashyo materialidanQuyosh elementlari va ularning tuzilmalari tayyorlanadi. Kremniy asosidatayyorlanadigan Quyosh elementlari uchun quyidagi texnologik bosqichlaramalga oshiriladi:
1. Kremniyga mexanik ishlov berish (kesish, tekislash, silliqlash);
2. Kimyoviy ishlov berish (keraksiz qatlamlarni kimyoviy yediruvchilaryordamida olib tashlash, mikro va nanotekisliklar hosil qilish);
3. Diffuziya (p-n o'tish hosil qilish, kirishmalar taqsimoti, termik diffuziya);
4. Kontakt hosil qilish (Quyosh elementlari yuza sohasi va orqa tomonlarigatok oqimi uchun omik kontaktlar olish);
5. Quyosh elementlarini saralash (bir xil parametrli Quyosh elementlariniajratib olish va shu asosida Quyosh elementlaridan panellar hosil qilish);
6. Tayyor bo'lgan Quyosh elementlari parametrlarini nazorat qilish(parametrlarni o'lchash, ularning foydali ish koeffitsiyentlarini hisoblash). Yuqorida keltirilgan texnologik jarayonlar to'liq amalga oshirilgandan so'ngQuyosh batareyalari (panellari) Quyosh elementlarini ketma-ket va parallelulash asosida hosil qilinadi. Iste'molchilarning ehtiyojini hisobga olgan holdaturli xil quvvatli Quyosh batareyalari tayyorlanadi, ya'ni Quyosh batareyalarininggeometrik o'lchami quvvatiga qarab o'zgartirib borilishi mumkin.Quvvatining oshirib borilishi bilan geometrik o'lchami ham ko'proq joyniegallay boshlaydi. Uy sharoitida bir necha kW-soat quvvatda ishlaydiganQuyosh panellari ishlab chiqilgan.Quyosh batareyalaridan to'g'ridan- to'g'ri foydalanib bo'lmaydi. Buninguchun qo'shimcha elektr asbob va qurilmalaridan foydalaniladi. Ular birgalikdaQuyosh fotoelektrik qurilmasini tashkil qiladi.Fotoelektrik qurilmalar quyidagilardan tashkil topadi:
Quyosh fotoelektrik qurilmasidan ko'rinib turibdiki, eng asosiy vazifani Quyosh batareyasi (Quyosh paneli) bajaradi. Quyosh batareyasidagi Quyosh elementlari samaradorligi yuqori bo'lishi uchun bir nechta shartlar mavjud. Ular quyidagilar:
1. Quyosh elementi optik nurlanishni yaxshi yutishi;
2. Atmosferada changlanish darajasining va haroratning yuqori bo'lmasligi;
3. Zamonaviy asbob-uskunalar va kam quvvatli iste'molchilardan
foydalanish.
Keltirilgan shartlarga izoh beramiz:
1. Bu shart, asosan, Quyosh elementlarini tayyorlash texnologiyasi bilan bog'liqdir. Bunda birinchi navbatda, Quyosh elementi xom ashyo materialining tozaligi hisobga olinadi. So'ngra unga fizik-kimyoviy ishlov berish va bunda
eng zamonaviy metod va usullardan foydalanish nazarda tutiladi.
2. Quyosh elementi yuza sohasida Quyosh nurlanishi yutiladi. Qancha ko'p miqdorda, ya'ni nurlanishning keng to'lqin uzunligi sohasida Quyosh nuri yutilsa,element samaradorligi ortadi. Quyosh nurlanishi elementda yutilganda, ichkifotoeffekt qonuniga asosan, element ichida hosil qilingan potensial to'siqda shuncha ko'p miqdorda elektron-juftliklar hosil bo'ladi. Bu esa elementda fotoelektr yurituvchi kuchning hosil bo'lishiga olib keladi. Natijada Quyosh elementlari omik kontaktlarida tok oqa boshlaydi. Bu jarayonga halaqit qiluvchi omillardan biri-bu changlanish hisoblanadi. Quyosh batareyasi yuza sohasi (oynasi)dagi changlanish darajasi yuqori bo'lsa, Quyosh optik nurlanishining to'liq o'tishiga va yutilishiga to'sqinlik qiladi.Quyosh elementlarining samarali ishlashiga halaqit beruvchi omillardan yana biri-Quyosh elementlari omik kontaktlarining qizib ketishidir.Bu jarayon harorat keskin oshib ketgan holatlarda kuzatiladi. Harorat 40-50 0Cko'rsatkichlarida Quyosh elementi omik kontaktlari metallar asosida bo'lganligiuchun ularda tok yaxshi oqa olmaydi. Chunki metallarda yuqori harorat ta'siridasolishtirma qarshiligi ortib ketadi. Shuning uchun harorati yuqori bo'lganhududlarda foydalaniladigan Quyosh batareyalari yuza sohasida juda yupqa,haroratga chidamli qoplamalar hosil qilinadi.
3. Ma'lumki, Quyosh elementlari tayyorlashning juda ko'p usul va metodlari mavjud. Biroq, hozirgi paytda ilmiy-tadqiqotlar shuni ko'rsatmoqdaki, an'anaviy usul va metodlarda juda ko'p kamchiliklar mavjud ekan. Hozirgi zamonfizikasida Quyosh elementlari hosil qilishning eng zamonaviy usuli - elektronnur epitaksiya usuli hisoblanadi. Bu usulda Quyosh elementlarining barcha parametrlarini nazorat qilish va boshqarish imkoniyatlari mavjud ekan. Umuman olganda, hozirgi zamon fizikasi va energetikasida "Quyosh fotoenergetikasi" yo'nalishi noan'anaviy va qayta tiklanuvchi energiya manbalari turlari ichida eng samaralisi hisoblanadi.