تکنیک جریان - ولتاژ ( I-V )

در این مطلب می خواهم ابتدا آنالیز جریان- ولتاژ را به طور کامل توضیح دهم و سپس به ترتیب انواع آنالیزهایی که می توان از یک سلول خورشیدی گرفت را توضیح خواهم داد.

اولین و مهم ترین آنالیزی که از تمام سلول های خورشیدی (سیلیکونی، لایه نازک و نانوساختاری) می توان تهیه کرد، آنالیز جریان – ولتاژ می باشد. با استفاده از این آنالیز می توان فاکتورهای مهم سلول از جمله بازده ی تبدیل سلول را محاسبه نمود.

قبل هر آنالیزی برای سلول های خورشیدی رنگدانه ای باید این آنالیز را در شرایط استاندار انجام داد. این شرایط استاندارد شامل:

نوری که به سلول خورشیدی تابیده می شود باید در حالت Air Mass 1.5 باشد.
Air Mass، یعنی مقداری از توده ی هوا که نور خورشید قبل از اینکه به سطح زمین برسد، با آن در تماس بوده است. چون جو دارای مقداری هوا است لذا هر قدر نور خورشید میزان بیشتری از اتمسفر را ببیند شدتش کاهش می یابد. Air Mass 0 مطابق شکل جایی یا شدتی تعریف می شود که، نور خورشید در خارج اتمسفر با زاویه عمود تابیده شود و در حالت Air Mass 1.5 یعنی جاییکه زاویه تابش نور خورشید به سطح زمین 48.2 درجه باشد.
محدوده ی طول موج نوری که به سلول می رسد در ناحیه مرئی 400 تا 700 نانومتر باشد.
توان نوری که به سلول خورشیدی می رسد mv/cm2 100 باشد.

شبیه ساز نورخورشید (Solar simulator)

شبیه ساز نور خورشیدی، دستگاهی است که شرایط استاندار را برای گرفتن آنالیز جریان- ولتاژ فراهم می کند. این دستگاه معمولاً از یک لامپ زنون تشکیل شده است که در مقابل آن فیلتری قرار می دهیم تا نور پس از عبور از این فیلتر طیف نور خورشید را در اختیار ما قرار دهد و تا حد امکان امواج فروسرخ را حذف کند. زیرا که امواج فروسرخ دمای محیط را افزایش می دهد و این امر باعث می شود که کلیه ی داده هایی که از سلول خورشیدی بدست می آوریم قابل قبول نباشد. پس لازم است که این دستگاه دارای یک فن باشد که محیط کار را خنک نگاه دارد. در شکل زیر نمودار طیفی که این دستگاه در شرایط استاندارد در اختیار ما قرار می دهد، نشان داده شده است.

نحوه ی انجام آنالیز جریان- ولتاژ

به منظور انجام این آنالیز، ابتدا میزان جریان و ولتاژ سلول خورشیدی که تهیه کردیم را در حالت تاریکی می یابیم. بدین منظور یک روپوشی بر روی سلول خورشیدی قرار می دهیم و جریان و ولتاژ را در این حالت با استفاده از یک مولتی متر می خوانیم. سپس روپوش را از روی سلول خورشیدی که باعث تاریکی آن شده بود برداشته و به آن نور می تابانیم. این امر سبب می شود تا جریان بالا رفته که این امر به دلیل تبدیل فوتون به جریان است.

در حالت کلی برای اندازه گیری جریان و ولتاژ دو راهکار داریم:

استفاده از دستگاه potentiostat/ galvanostat
با استفاده از رئوستا

استفاده از دستگاه potentiostat/ galvanostat

این دستگاه می تواند روبشی از جریان و ولتاژ را در اختیار ما قرار دهد. در این حالت ابتدا از ولتاژ مدار باز، یعنی جایی که جریان سلول خورشیدی صفر است، شروع می کنیم و به سمت ولتاژ صفر می رویم. این قسمت را دستگاه خودش روبشمی کند. البته این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد. شکل زیر تصویری این دستگاه می باشد.

با استفاده از رئوستا

این تکنیک نسبت به تکنیک قبلی ساده تر است، که با یک رئوستا مقاومت متغیر بر سر راه سلول خورشیدی قرار می دهیم و از حالت جریان مدار باز، یعنی حالتی که ولتاژ سلول خورشیدی صفر است، شروع می کنیم به افزایش مقاومت، تا به حالت جریان صفر برسیم. در حقیقت مداری مطابق شکل تشکیل می دهیم و با اعمال مقاومت های مختلف، ابتدا جریان و سپس ولتاژ را با استفاده از یک مولتی متر می خوانیم و اطلاعات بدست آمده را در جدولی مطابق زیر تنظیم می نماییم. در مرحله بعد نمودار جریان بر حسب ولتاژ را رسم می نماییم.

در نهایت از هر دو راهکار به نموداری مشابه شکل زیر می رسیم که به نمودار جریان- ولتاژ مشهور است.

حال با داشتن جریان و ولتاژ می توانیم بازدهو عامل پرشدگی ( FF ) را با توجه به روابط محاسبه کنیم. البته برای هر دو راهکار می توان از این روابط بهره گرفت. بازده و عامل پرشدگی دو فاکتور خیلی مهم در مورد سلول های خورشیدی می باشند. می دانیم که حاصلضرب جریان در ولتاژ، توان را می دهد. بنابراین توان بیشینه (توانی که سلول خورشیدی تولید می کند)، نقطه ای تعریف می شود که حاصلضرب جریان در ولتاژ، بیشینه است. یعنی مکانی که ما بیشترین توان را از سلول خورشیدی بدست آوردیم.

همچنین عامل پرشدگی(عامل فاکتور) از نظر عددی برابر نسبت Pmax / Voc* Isc و بنابراین معیاری از مقاومت درونی سلول است. این فاکتور در حالت ایده آل برابر یک می باشد. در مورد سلول های خورشیدی سیلیکونی عامل پرشدگی 0.8 است و برای سلول های خورشیدی رنگدانه ای حدود 0.7 است. از طرفی اگر عامل پرشدگی کمتر از 0.6 باشد، نشان دهنده این است که در داخل سلول خورشیدی ما، بازترکیب رخ می دهد یعنی الکترون ها و حفره ها پس از تولید مجدداً در داخل سلول ترکیب شده و به مدار خارجی منتقل نمی شوند.

در آینده سایر تکنیک های فوق العاده مهم و کارامد را همراه با فیزیک و دستگاه، توضیح خواهم داد.

تکنیک جریان - ولتاژ ( I-V )

مطالب مشابه :

سلول خورشیدی

220 - سلول خورشیدی/باطری" باتری " خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟ (کلیک کنید)

سلول خورشیدی

سلول خورشیدی

سلول های خورشیدی

سلول های خورشیدی

تکنیک جریان - ولتاژ ( I-V )

سلول هاي خورشيدي (دسته بندي)

سلول های خورشیدی