FOTO-VOLTAIK EFFEKTNING INJEKTSION-VOLTAIK EFFEKT BILAN O‘XSHASHLIGI

ANALOGY OF THE PHOTOVOLTAIC EFFECT WITH THE INJECTION-VOLTAIC EFFECT

Nodira Alimova

Doctor of Technical Sciences, Professor, Tashkent State Technical University named after I.A. Karimov - TSTU, Uzbekistan, Tashkent

Nilufar Gulyamova

Researcher, Tashkent State Technical University named after I.A. Karimov - TSTU, Uzbekistan, Tashkent

Annotatsiya. Radiotexnik elementlar, tugunlar va qurilmalar doimiy ravishda takomillashib bormoqda, shu sababli maqolada quyosh elementlaridagi foto-voltaik effekt bilan ko‘p qatlamli yarimo‘tkazgichli konstruktsiyalardagi injektsiya-voltaik effektlarning o‘xshashligining nazariy va eksperimental tadqiqotlari natijalari keltirilgan.

Abstract. Radio engineering elements, units and devices are in the process of constant modernization. The article presents the results of theoretical and experimental study of the analogy of the photovoltaic effect in solar cells and the injection-voltaic effect in multilayer semiconductor structures.

Kalit so‘zlar: quyosh elementi; yarimo‘tkazgichli element; foto-voltaik effekt; injektsiya-voltaik effekt.

Keywords: solar cell; semiconductor element; photovoltaic effect; injection-voltaic effect.

Yarimo‘tkazgichli quyosh elementlaridagi (QE) foto-voltaik effekt yaxshi ma’lum bo‘lgan va chuqur o‘rganilgan hodisadir [1-6]. Yarimo‘tkazgichli diodlar, bipolyar tranzistorlar (BT) va tiristorlardagi p-n o‘tishlari volt-amper tasniflarining (VAT) nochiziqlilik xususiyatlari ham keng o‘rganilgan [7-12]. Ikki yoki undan ortiq yaqin joylashgan p-n o‘tishlarga ega qurilmalarda kuzatiladigan p-n o‘tishning elektr maydonida zaryad tashuvchilarning ajralishi tufayli EYuK paydo bo‘lishining ta’siri foto-voltaik EYuK (FV EYuK) paydo bo‘lish hodisasi bilan batafsil o‘xshashlik nuqtai nazaridan etarlicha o‘rganilmagan. BTning kollektor o‘tishida EYuK paydo bo‘lishining ta’sirini biz FV EYuKning  generatsiyasiga o‘xshash deb, injektsiya-voltaik EYuK (IV EYuK) deb nomladik.

Bunday o‘xshashlik va shunga ko‘ra, p-n o‘tishlarning nochiziqli tasniflarining batafsil modelli ko‘rinishlaridan foydalanish istiqboli BTdan foydalanishni yanada chuqurroq ilmiy asoslash imkoniyatini beradi. 1, a va b - rasmda mos ravishda QE va R_Yu yuklamali BTning ulanishi ko‘rsatilgan. Dastlab QE va R_Yu yuklamali BTning ikkita chekka holatini ko‘rib chiqamiz: R_Yu=0 (qisqa tutashuv rejimi) va R_Yu=∞ (salt yurish rejimi).

2, a va b - rasmda mos ravishda QEning ekvivalent sxemalari va BT uchun Ebers-Moll modeli ko‘rsatilgan, ular foto- va injektsiya-voltaik effektlarning o‘xshashligi tufayli aynan o‘xshashdir. Kollektor o‘tishdagi injeksiya toki quyidagicha aniqlanadi (2, b-rasm)

.

а)

b)

Rasm 1. Yuklamani QE (a) va BT tuzilmalariga ulash (b)

а)

b)

Rasm 2. QEning ekvivalent sxemasi (a) va BT uchun Ebers-Moll modeli (b)

3, a-rasmda tiristor tuzilmasi, uning ikki tranzistorli sxemasi (3, b-rasm) va Ebers-Moll modeli (3, c-rasm) keltirilgan.

а)

b)

c)

Rasm 3. Tiristor tuzilmasi (a), uning ikki tranzistorli elektr sxemasi (b) va Ebers-Moll modeli (c)

VT1 va VT2 tranzistorlarining kollektorlari va bazalari o‘rtasida R_Yu yuklamaning to‘g‘ridan-to‘g‘ri ulanishi va bu tranzistorlarning emitenert-baza ulanishlarining (E_B1 va E_B2) to‘g‘ridan-to‘g‘ri elektr siljishi emitter sohalardan ko‘pchilik tashuvchilarning ikki tomonlama injektsiyasini va kollektor o‘tishda induksiyaviy EYuK hosil bo‘lishini kafolatlaydi.

IV EYuK ning maksimal qiymati quyidagiga teng

                                                                                         (1)

bu yerda: Eg – ta’qiqlangan zona kengligi.

Berilgan tashqi kuchlanishlarda hosil bo‘lgan injektsiya tokining qiymati quyidagi ifoda bilan aniqlanadi

                                                                         (2)

bu yerda: I_Q.T. – qisqa tutashuv toki, I_I1, I_I2 – tranzistorlarning injeksiya toklari,   I_I – tiristorli tuzilmaning R_Yu orqali oqib o‘tayotgan natijaviy toki,  va – emitter toklarining uzatish koeffitsiyentlari.

Injeksiya tokining qiymati injeksiya darajasiga va yuklamada sochilayotgan quvvatga bog‘liq. R_Yu yuklama qiymati (3, a-rasm) u orqali o‘tadigan tokni aniqlaydi. Yuklama qarshiligining qiymatiga qarab, tuzilma ikki rejimda ishlashi mumkin: tok generatori va  kuchlanish generatori. Agar yuklamaning qarshiligi kritik qiymatdan katta bo‘lsa (R_Yu>R_KRit), u holda tuzilmaning ichki qarshiligi keskin kamayadi va nolga intiladi va 0<R_Yu<R_KRit da u juda katta qiymatga ega bo‘ladi. Kritik qarshilik quyidagi ifoda bilan aniqlanadi

                                                                               (2.8)

Tiristor tuzilmasining FIK quyidagi ifoda bilan aniqlanadi

                                                                     (2.9)

bu yerda: F – yuklama VATining to‘ldirish omili; I_E1, I_E2, E_B1, E_B2 – mos ravishda tashqi manbalarning toklari va kuchlanishlari.

Kremniy asosidagi kuchlanish generatori rejimi uchun T=300 K da E_B1=E_B2≈U_IV.EYuK, I_E1≈ I_E2=I

Kuchlanish generatori rejimi uchun tuzilmaning FIK      

F≥0,8 va  ≈ ≥0,98 ning odatiy qiymatlari uchun η ≥ 80%.

Xuddi shunday, tok generatori rejimi uchun

300 Кda: 4AkT/q≈0,113 В, U_IV.EYuK=0,7 В, ≈≥0,98,  F≥0,8, η≥67 % [7].

Taklif etilayotgan ko‘p qatlamli yarimo‘tkazgichli konstruktsiyalarning asosiy afzalliklari quyidagilardan iborat:

- tok yoki kuchlanish manbai sifatida ishlaydigan yarimo‘tkazgichli ko‘p qatlamli tuzilmaning yuqori FIKi;

- bitta yarimo‘tkazgichli tuzilmada tok generatori va kuchlanish generatorini birlashtirish imkoniyati;

- barqaror yuqori katta tok generatorlari va past kuchlanish generatorlarini yaratish.

Shunday qilib, ko‘p qatlamli yarimo‘tkazgichli qurilmalarda foto-voltaik va injektsiya-voltaik effektlar o‘rtasidagi bog‘liqlik nazariy va eksperimental jihatdan o‘rganildi. Quyosh elementlaridagi foto-voltaik effekt va ko‘p qatlamli yarimo‘tkazgichli konstruktsiyalardagi injektsiya-voltaik effektning o‘xshashligini o‘rganishdan olingan natijalar barqaror va ishlash samaradorligi yuqori bo‘lgan yangi radiotexnik elementlar, tugunlar va qurilmalarini yaratishga istiqbolli ilmiy yondashuv sanaladi.