P- va n-tip li yarim o`tkazgichlar hosil qilish

Quyosh batareyalarining asosiy tavsifi

Quyosh batareyalarining muhim omillaridan biri ularning oddiy va to`liq qulaylikka ega bo`lgan konstruktsiyasi orqali baxolanadi. Quyosh batareyalari qandaydir isiqlik yoki ichki energiya manbalari talab qilmaydi. Shuningdek undan foydalanuvchi ham quyosh elementining saqlanishi uchun xavotirlanmasligi va xech qanday texnik xizmat ko`rsatishga muxtoj sezmasligini aytib o`tish muhim deb hisoblayman. Asosiy jihati to`g`ri montaj qilib joylashtirilgandan so`ng har zamonda kichik xizmat ko`rsatish talab qilinadi (masalan yuzasini changlardan tozalash). Quyosh elementi 25-30 yil bemalol ishlash imkoniyatiga ega. Shunday ekan uning ekologik tomonlarini ham aytib o`tish taqozo etadi. Chunki energiya ishlab chiqarish vaqtida quyosh elementi havoga hech qanaqa zararli gazlar chiqarmaydi bu orqali atrof muhitni ifloslanishidan saqlaydi. Quyosh energiyasi asosida ishlab chiqilgan energiya oila byudjetini saqlaydi. Hozirgi kunda ishlab chiqarilayotgan energiya xom-ashyosi zahiralari tugab borish bilan bir qatorda tan narxi qimmatlashib bormoqda. Bu davlat byudjitini kamayishiga olib kelmoqda. O`z o`rnida shuni takidlash kerakki foydali tomonlari ko`p bo`lgan quyosh elementlarining kamchiliklari ham mavjud.

Foydali ish koeffitsenti (FIK) katta emasligi, ifloslangan sirtda quvvatini tez kamayib ketishi, vaqt o`tishi bilan effektivligi yo`qolishi ya`ni yarimo`tkazgich plastinkalari degradiatsiya tufayli o`zining holatini keskin o`zgartirishi orqali FIK kamayishiga olib keladi. 25 yildan so`ng quyosh elementlari FIK 10% ga kamayar ekan [11-15]. Yuqori temperaturada 50°C da qiziganda uning chiqish kuchlanishi keskin kamayib ketar ekan.

Fotoelementlarning ish sharoitlari quyidagilarni o`z ichiga oladi:

1. 
   Fotoelementning yoritilish darajasi;
   
2. 
   Fotoelementning radiatsion nurlanish darajasi;
   
3. 
   Fotoelementning ishchi temperaturasi;
   
4. 
   Fotoelementning temperaturaning siklik o`zgarishi natijasida paydo bo`luvchi mexanik kuchlanishlar darajasi.
   

Bundan tashqari, fotoelementlar yig`ilayotgan va montaj qilinayotgan paytda fotoelementning chiqish xarakteristikalarini buzuvchi konstruktiv va degradatsion omillar ham hisobga olinishi kerak.

Fotoelektrik o`zgartgichlarda energiyaning tiklanmaydigan sarflari quyidagilardir:

- element sirtidan quyosh nurining qaytishi;

- quyosh nuri bir qismining fotoelementdan yutilmasdan o`tib ketishi;

- fotonlar energiyasining kristall panjarasiga issiqlik shaklida o`tib ketishi;

- o`zgartgich ichki qarshiligi hisobiga yo`qotishlar.

Bu sarflarni kamaytirish uchun quyidagi choralar amalga oshiriladi:

• 
  quyosh nuriga optimal bo`lgan taqiqlangan zonali yarimo`tkazgichlar ishlatish;
  
• 
  yarimo`tkazgichlar strukturasini yo`naltirilgan optimal legirlashtirish bilan yaxshilash;
  
• 
  gomogen strukturalardan geterogen va varizon strukturalarga o`tish;
  
• 
  fotoelement konstruktiv parametrlarini optimallashtirish ( `-n o`tish chuqurligi, baza qatlamining qalinligi, kontakt to`rlarining chastotasi va h.k.);
  
• 
  yoritishni yaxshilovchi, termoregulirovka qiluvchi va kosmik radiatsiyadan himoya qiluvchi optik qo`llamalar ishlatish;
  
• 
  quyosh spektrining uzun to`lqinli chegarasida joylashgan qismiga butunlay ochiq fotoelement ishlab chiqish;
  
• 
  Fotoelementlarning shunday kaskadini ishlatish kerakki, keyingi kaskad avvalgi kaskaddan o`tib ketgan nurni yutish imkoniga ega bo`lsin, bu esa taqiq zonalari har xil bo`lgan yarimo`tkazgichlarni ishlatishni taqozo qiladi.
  

Fotoelementlar FIK ini oshirishning yana bir yo`li – ikki taraflama o`zgartgichlar ishlatish, lyumenistsent qayta nurlantiruvchi strukturalarni ishlatish, quyosh spetrini bir nechta sohalarga bo`lib, har bir soha uchun alohida o`zgartgich ishlatish.

Fotoelementlarga qo`yiladigan talablar kompleksi quyidagichadir:

• 
  uzoq vaqt ( o`nlab yillar) yuqori ishonchlilik bilan ishlash;
  
• 
  ishlatiladigan xom-ashyolarning keragicha yetarliligi;
  
• 
  energoharajatlarni to`liq qo`llash muddatlarining katta emasligi;
  
• 
  texnik xizmatning qulayligi;
  

Bu talablar bir-birini istisno qilishi ham mumkin. Masalan, fotoelementlar uchun ba`zi bir perspektiv moddalar tabiatda kam uchraydi yoki ularni olish texnologiyalari juda qimmat, fotoelementlarning energetik va ekspluatatsion xarakteristikalarini yaxshilaydigan usullarni ommaviy ishlab chiqarishga tatbiq qilib bo`lmaydi.

Fotoelementlar ishlab chiqarish yuksak unumdorligini to`liq avtomatlashtirilgan lenta texnologiyalari asosida amalga oshirish mumkin. Faqat shu asnoda fotoelementlar tannarxini 2-2,5 marta tushirish mumkin. Fotoelement ishlab chiqarishida kremniy va galliy arsenidi (GaAs ) ishlatilishi ko`zda tutilmoqda, GaAs birikmasi geterofoto o`zgartgichlarda AlGaAs-GaAs birikmasi shaklida qo`llaniladi. Fotoelementlarda GaAs ning ishlatilishi sababi uning nazariy FIK kremniyli fotoelementnikidan kattaligi va quyosh nurini yutilishining kattaligidir. Bu esa o`z navbatida fotoelementlar FIKning katta qiymatlarini kremniynikiga qaraganda ancha yupqa qatlamlarda olish imkonini yaratadi. Masalan, 20% FIKni olish uchun geterofoto o`zgartgichlarda 5-6 mkm qalinlik kifoya qilsa, kremniyli elementlarda bu qalinlik 50-100 mkm ni tashkil etadi. Bu holat yengil va yupqa geterofoto o`zgartgichlar ishlab chiqarish imkonini yaratadi. Bundan tashqari geterofoto o`zgartirgichlar ekspluatatsion xarakteristikalari bilan ham kremniyli FElardan qulaydir. Geterofoto o`zgatgichlar radiatsion nurlanishlar tahsirida o`z xarakteristikalarini kam o`zgartiradi. Shu sababli ularni kosmik apparatlar jihozlarida qo`llasa bo`ladi. Geterofoto o`zgatgichlar (arsenid galliy asosida yasalgan) nisbatan temperatura oshishiga sezuvchan bo`lmaydi. Arsenid galliyning alyuminiy, mishyak, fosfor va indiy bilan hosil qiladigan qotishmalari GaAs tafsiflarini to`ldiradi, bu esa quyosh elementlarini loyihalashtirish imkoniyatlarini oshiradi.

Galliyni asosan boksit minerallaridan olinadi. U ko`mir kukunlarida va dengiz suvlarida ham bor. Biroq galliyni olish texnologiyalari – suyuqlik va gaz epitaksiyasi- juda qimmat turadi.

Lekin masalaning ikkinchi tomoni ham bor. Kremniyning afzal tomonlari ham anchagina. Kremniyning arsenid galliyga nisbatan topilishi ancha oson ( tabiatda uning zahiralari deyarli cheksiz), hamda uni ishlab chiqarish texnologiyalari yaxshi o`zlashtirilgan va muttasil takomillashtirib turiladi.

Kremniyli fotoelementlar tannarxini kelajakda real qiymatlargacha, ya`ni bir-ikki darajagacha yangi avtomatlashtirilgan ishlab chiqarish usullari yordamida tushirish imkoni bor. Xususan, kremniyli tasmalar olish, katta yuzali quyosh elementlari olish mumkin bo`ladi. Kremniyli fotoelementlar oxirgi 25 yil ichida 20-30 marta arzonlashdi. Fotoelementlar va quyosh batareyalari ishlab chiqarish dinamikasi shundan dalolat berib turibdi.

Fotoelementlar ishlatiladigan moddalarning qaysi birisiga to`xtalish ular ishlab chiqarish texnologiyalarining qanday rivojlanishiga bog`liq bo`lmoqda.

Jadval 1.- Laboratoriya sharoitida fotoelement va modullarning foydali ish koeffitsenti % hisobida

12.