КҮН БАТАРЕЯСЫ - КРЕМНИЙ ФОТОЭЛЕМЕНТІНІҢ ЖҰМЫСЫН ЗЕРТТЕУ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

1 ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ

Күн батареясының жұмыс істеу принципімен танысу және оның фототоғының жарықталудан тәуелділігін зерттеу: кремний фотоэлементінің спектрлік және интегралдық сезімталдығын анықтау.

2 ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕР

i-фототок күші;

$\gamma$ -фотоэлементтің интегралдық сезімталдығы;

$\gamma_{\lambda}$ - фотоэлементтің спектрлік сезімталдығы;

$Ф$ - жарық ағыны;

$Е -$ жарықталу;

$J$ - жарық көзінің күші;

S- фотоэлементтің спектрлік сезімталдығы;

$k_{\lambda}$ - түзетуші коэффициент;

$i_{ф}$ - фонмен шартталған фототок;

$i'$ - фонмен және жарық көзімен шартталған фототок;

$F$ -фотоэлемент (күн батареясы) ;

L- жарық көзі;

$R_{н}$ - жүктемелік кедергі;

$G$ - гальванометр;

$3$ ТЕОРИЯЛЫҚ МӘЛІМЕТТЕР

Берілген жұмыста вентильді фотоэффекті қолданылатын тежеуіш қабатты фотоэлемент -күн батареясының қасиеттері зерттеледі. Вентильді фотоэффект немесе тежеуіш қабатты фотоэффект ішкі фотоэффект әсерінен әр түрлі типті өткізгішті екі жартылай өткізгіштер (немесе металл мен жартылай өткізгіш) шекарасында электрқозғауыш күштің тууынан болады.

Әр түрлі өткізгішті (p-өткізгіш және n-өткізгіш) екі жартылай өткізгіштердің немесе жартылай өткізгіш пен металдың әсерлесуі кезінде байланыс орнында электрлік екі қабат- бір жақты өткізгіштікті p-n- ауысу (оның қалыңдығы ~ $10^{- 6}/10^{- 7}$ м ) пайда болады.

Байланыс облысын жарықпен сәулелендіру кезінде осы облыста ішкі фотоэффектінің әсеріне токты еркін тасушылар саны өседі. Бұл байланыс облысында ток тасушылардың тепе-тең үлестірілуінің бұзылуына әкеледі және тепе-теңдікпен салыстырғанда потенциалдардың байланыс айырмасының өзгеруіне, яғни фото-эқк. Туындауына әкеп соғады. Сөйтіп, байланыс орнын жарықпен сәулелендіру кезінде ток көзі ретінде қызмет етуге қабілетті элемент түзіледі. Осы вентилдік эффект болып табылады. Вентилдік фотоэлементтерде жарық энергиясы ток энергиясына тікелей түрленеді. Осындай фотоэлементтер үшін эқк-нің сыртқы көзі қажет емес.

Кремний түрленуінде p-n- ауысу келесі түрде болады: р-жартылай өткізгіш (кремний) диффузия жолымен n-өткізгіші бар фосфордың жұқа қабаты жағылады. Кремний мен фосфор арасында рн ауысуы түзіледі, жарық пен жарықтандыру кезінде фото-э. қ. к. туындайды. Фото-э. қ. к. шамасы фотоэлемент жарықтануына пропорционал, себебі байланыс қабаты бірлігіне түсетін фотондар санына тәуелді.

Егер байланыс орнын сәулелесе және жартылай өткізгіштерді гальванометрге тұйықтаса, онда ішкі тізбекте шамасы жарық ағынына (Ф) пропорционал болатын фототок (І) ағады.

Мұндағы $\gamma$ - фотоэлементтің интегралдық сезімталдығы. Ол 1 люмендегі жарық ағынының әсерінен туындайтын фототок шамасының сандық мәніне тең. Жарық ағынын мына формуламен көрсетуге болады:

Ф=Е $\bullet$ S (1)

Себебі

Е=J/ $r^{2}$ (2)

Онда

Ф= $\frac{JS}{r^{2}}$ (3)

Бұл формула Е-люкспен өлшенетін фотоэлементтің жарықтануы, J- канделламен өлшенетін жарық күшінің көзі; S- $м^{2}$ - пен өлшенетін фотоэлементтің қабылдаушы беттің ауданы, r- метрмен өлшенетін жарық көзінен фотоэлементке дейінгі аралық.

(1) және (3) формулалардан келесі өрнек шығады:

$\gamma = \frac{ir^{2}}{JS}$ (4)

Егер фотоэлементті энергиялары бірдей әртүрлі монохроматты жарық ағындарымен тізбектей жарықтандырса, онда фототок шамасы түскен жарықтың толқын ұзындығынан тәуелді болады. Сондықтан интегралдық сезімталдығымен қатар фотоэлементтің спектрлік сезімталдығы ұғымы енгізіледі. Спектрлік $\gamma_{\lambda}$ сезімталдық фотоэлементке түсетін фототок күшінің $\lambda$ , $\lambda$ + $\partial\lambda$ толқын ұзындықтары интервалындағы жарық энергиясының ағыны $Ф_{\lambda}$ шамасына қатынасымен өлшенеді:

$\gamma_{\lambda}$ = $\frac{i_{\lambda}}{Ф_{\lambda}}$ (5)

Фотоэлементтің спектрлік сезімталдығының толқын ұзындығына $\gamma_{\lambda}$ = ƒ(λ) тәуелділігі фотоэлементтің ең маңызды сипаттамалырының бірі болып табылады. Егер спектрдің түрлі облыстарындағы көзден шығарылатын монохроматты жарық ағыны изоэнергиялы болса, онда (5) формулаға сәйкес, $\gamma_{\lambda}$ = ƒ(λ) функциясының сипаттамасы қандай болса, $i_{\lambda}$ = ƒ(λ) функциясы сипаттамасы да сонда болады. Барлық нақты жарық көздері үшін $Ф_{\lambda}$ спектірдің әр түрлі облысында әр түрлі болады. Қыздыру шамы шығаратын энергияның толқын ұзындықтары бойынша біркелкі емес таралуын ескеру үшін жарық көзінің кез келген спектрлік интервалы үшін фототок күшін нақты қолданылатын шамнан изоэнергетикалық шамға қайтадан есептеу жүргізу қажет. Ол үшін фотоэлементті монохроматты жарық ағындарымен жарықтандыру кезінде гальванометр көрсетімдерін сәйкес түзетуші $к_{\lambda}$ коэффициенттеріне көбейту керек.

4 ҚҰРАЛ-ЖАБДЫҚТАР МЕН ҚҰРЫЛҒЫ СИПАТТАМАСЫ

4. 1 Керекті құрал-жабдықтар

Бұл жұмыста: жылжығыш (ползунок) және миллиметрлік шкаласы бар оптикалық сәкі, жарық көзі - 40 Вт-қа есептелінген қыздыру шамы, 220 В, күн батареясы, фототокты өлшеуге арналған 3 мА-ге есептелген гальванометр, реостат қолданылады.

4. 2 Құрылғы сипаттамасы

Құрылғының сұлбасы 1-суретте көрсетілген. АВ оптикалық сәкіде F күн батареясы және L жарық көзі орнатылады. Күн батареясының тізбегі G гальванометрден және $R_{ж}$ жүктемелік кедергіден тұрады.

Сурет 1

5 ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАЛУ РЕТІ

5. 1 Өлшеу құралдары туралы техникалық мәліметтерді 1-кестеге енгізу

Кесте1 Өлшеу құралдарының техникалық мәліметтері

Құрал

Құрал тегі

Өлшеу шегі

Бөлік құны

Дәлдік класы

Құрал қателігі

Құрал: Гальванометр

Құрал тегі:

Өлшеу шегі: 100

Бөлік құны: 0, 5

Дәлдік класы:

Құрал қателігі: 0, 25

Құрал: Оптикалық сәкінің масштабты сызғышы

Құрал тегі:

Өлшеу шегі: 55

Бөлік құны: 0, 1

Дәлдік класы:

Құрал қателігі: 0, 05

5. 2 Күн батареясының интегралдық сезімталдығын анықтау.

5. 3 Жүктемелік кедергіні толығымен шығару ( $R_{ж}$ =0) .

5. 4 Шамды қоспай гальванометрдің көрсетімін $i_{ф}$ анықтау.

5. 5 Күн батареясының қабылдағыш бетін жарықтандыру және r-дің үш түрлі мәнінде гальванометр бойынша фототоктың $i'$ мәндерін анықтау. Нәтижесін 3-кестеге енгізу.

Кесте 3 Фотоэлементтің интегралдық сезімталдығының нәтижелері

R(м)

i_{ф}

(мА)

i'

(мА)

I (мА)

\gamma

(мА/лк)

\gamma

> (мА/лк)

R(м):

iфi_{ф}(мА):

1, 8

i′i'(мА):

9, 1

8, 8

I (мА):

8, 2

7, 3

γ\gamma(мА/лк):

0, 16

0, 23

0, 05

<γ\gamma> (мА/лк):

0, 15

0, 08

0, 1

5. 6 (4) формула бойынша r-дің түрлі мәндері үшін интегралдық $\gamma$ сезімталдығын анықтау. Сонан кейән күн батареясының интегралдық сезімталдығының < $\gamma$ > орташа мәнін табу.

5. 7 R мәндерінің біреуі үшін өлшеудің абсалютті ( $\mathrm{\Delta}\gamma$ ) және салыстырмалы ( $\varepsilon$ ) қателіктерін есептеу. Жауабын $\gamma$ =< $\gamma$ > $\pm \mathrm{\Delta}\gamma$ түрде жазу.

5. 8 Күн батареясының спектрлік сезімталдығының қисығын алу.

5. 9 Жүктемелік кедергі толығымен шығарылған күйінде қалады ( $R_{ж}$ =0)

L шамы мен F күн батареясы арасына түрлі жарық сүзгілерін орната отырып, фотоэлементті әртүрлі толқын ұзындықтағы қызылдан бастап күлгінге дейін жарықпен жарықтандыру. Әр толқын ұзындығы үшін фототоктың мәнін гальванометр бойынша өлшеу. Өлшеу дәлдігін 4-кесеге енгізу.

Кесте 4 Фотоэлементтің спектрлік сезімталдығының нәтижелері

Жарық сүзгілері

\lambda

(нм)

i_{ф}

(мА)

i'

(мА)

I (мА)

к_{\lambda}

i_{\lambda}

(мА)

Жарық сүзгілері:

Қызыл

Сары

Жасыл

Көк

күлгін

λ\lambda(нм):

720

640

530

480

420

iфi_{ф}(мА):

1, 8

i′i'(мА):

8, 9

I (мА):

7, 1

6, 2

2, 2

7, 1

5, 2

кλк_{\lambda}:

1. 17

1. 06

0. 98

0. 95

0. 91

iλi_{\lambda}(мА):

8, 3

6, 6

2, 2

6, 7

4, 7

Қорытынды:

Біз бұл зертханалық жұмыста:

γ\gammaкүн батареясының интегралдық сезімталдығын анықтадық. Жүктемелік кедергіні қостық. Құрал-жабдықтарды бір-біріне жалғадық. Алдымен шамды қоспай гальванометрдің көрсетімінiфi_{ф}анықтадық. Күн батареясының қабылдағыш бетін жарықтандыру, және r-дің үш түрлі мәнінде, яғни 35, 45, 55см гальванометр бойынша фототоктыңi′i'мәндерін анықтадық. Нәтижесін 3-кестеге енгіздік. (4) формула бойынша r-дің түрлі мәндері үшін (35, 45, 55 см) интегралдық сезімталдығын анықтадық. Сонан кейін күн батареясының интегралдық сезімталдығының <γ\gamma> орташа мәнін таптық. R мәндерінің біреуі үшін өлшеудің абсалютті (Δγ\mathrm{\Delta}\gamma) және салыстырмалы (ε\varepsilon) қателіктерін таптық.
Күн батареясының спектрлік сезімталдығының қисығын алдық. Жүктемлек кедергі толығымен шығарылған күйінде қалады. L шамы мен F күн батареясы арасына түрлі жарық сүзгілерін орната отырып, фотоэлементті әртүрлі толқын ұзындықтағы қызылдан бастап күлгінге дейін жарықпен жарықтандырдық. Әр толқын ұзындығы үшін фототоктыңi′i'мәнін гальванометр бойынша өлшедік. Өлшеу дәлдігін 4-кестеге енгіздік. кλк_{\lambda}түзету коэффициенттері мәндеріне сәйкес I фототок мәнін көбейту арқылыiλi_{\lambda}анықтадық. Нәтижесін 4-кестеге енгіздік. Абсцисса осі бойынша λ толқын ұзындығын, ордината осі бойынша-iλi_{\lambda}өрнектеп, күн батареясының спектрлік сезімталдығы графигін тұрғыздық.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.