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Solarzellen sind großflächige Dioden = pn-Übergänge. |
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Entscheidend ist die Erhöhung des Feldstroms unter Beleuchtung durch zusätzlich
generierte Ladungsgträger. Þ | |
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Die im Dunkeln vorliegende Kennlinie verschiebt sich um den Photostrom "nach unten". |
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| jF(beleuchtet) | = |
jF(dunkel) + jF(Licht) |
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Wesentliche Solarzellenparameter sind: | |
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Leerlaufspannung ("open circuit") UOC |
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Kurzschlussstrom ("short cicuit") ISC |
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Füllfaktor FF |
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Daraus ergibt sich der optimale Arbeitspunkt
mit UI = maximal und der zugehörige Wirkungsgrad
der vorliegende Solarzelle h = (UOC · ISC
· FF)/Lichtleistung | |
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Der maximale theoretische
Wirkungsgrad ergibt sich aus einem Kompromiß: | |
EGop
» 1,4 eV
h max
» 30 % |
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Kleine Energielücke:
- Auch infrarotes Sonnenlicht wird absorbiert und generiert Ladungsgträger.
- Die Differenz hn – EG erzeugt aber nur Wärme.
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Große Energielücke:
- Energiereiches Licht (inkl. UV) wird gut genutzt.
- (Infra-)Rotes Sonnenlicht wird nicht absorbiert. Die enthaltene Energie geht verloren.
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Das damit zu bestimmende Optimum der Energielücke
ist um EG = 1,4 eV; der erzielbare maximale theoretische
Wirkungsgrad liegt bei hmax
» 30 %. | |
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Wichtige (Zehner)zahlen: | |
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Diese Zahlen geben ein gutes Gefühl für die Möglichkeiten und Begrenzungen
der Solarenergie. | |
Max. Sonnenleistung: SP 1kW/m2
"Peak" Solar: WP
= 1kW/m2 · 10 % = 100 W/m2
Mittelwert Solar: Wm = WP · 10 % =
10 W/m2
Energie: Ea = Wm · 365 · 24 = 100 kWh/a · m2
Gesamt elektr. Bedarf Deutscher = 6.000 kWh/a
Platzbedarf Deutscher für Solarzellen = 50 m2 |
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Merke: Arbeitsleistung 1 Sklave = (3 - 5) m2 Solarzellen. |
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Gesamtenergieverbrauch (Elektr., Heizung, Auto, ...) Deutscher »
50.000 kWh/a » (10 – 20) Sklaven | |
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Reale Solarzellen werden per Ersatzschaltbild
beschrieben. | |
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Kritisch sind insbesondere Serienwiderstand
RSE
und Parallelwiderstand ("shunt") RSH |
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Serienwiderstände im mW sind bereits schädlich;
das ergibt ein schwieriges technisches Problem. | |
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Technische Herausforderung für kostengünstige Fabrikation: Þ | |
Produziere 1 m2 pro Minute,
d. h. zwei Solarzellen mit
(15,6 ×
15,6) cm2 in drei Sekunden |
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Wesentliche Punkte des Bipolartransistors: |
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Der Emitter - Kollektor Strom wird durch den Emitter-Basis Strom gesteuert. Immer
npn- oder pnp-Struktur mit dünner Basis. | |
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Die Emitter-Basis-Diode ist in Durchlaßrichtung gepolt, die Basis-Kollektor-Diode in
Sperrichtung. | |
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Die in die Basis injizierten Majoritäten des Emitters durchwandern die Basis (deshalb
dB << L) und gewinnen viel Energie im starken Feld des Basis-Kollektor-Kontakts
Þ Leistungsverstärkung; aktives Bauelement! |
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Die Stromverstärkung
b = IC / IB ist durch die Dotierung
bestimmt: | |
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| b |
» | NDot(E)
NDot(B) | æ
ç
è |
1 – | dB
L |
ö
÷
ø |
» | NDot(E)
NDot(B) |
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Wesentliche Punkte des MOS-Transistors |
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Der Source-Drain-Strom
ISD wird durch die Gate-Spannung
UG gesteuert. Grundstruktur: Metall (allg. Leiter) - Oxid (allg. Dielektrikum)
- Semiconductor. | |
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Einer der beiden pn-Übergänge von Source oder Drain zum Substrat ist ohne
passende Gatespannung immer gesperrt.
Þ
ISD
» 0 A für UG = 0 V |
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Gatespannungen mit derselben Polarität wie die Majoritäten unter dem Gate treibt
die Majoritäten elektrostatisch "nach unten", d. h. sie verringern nMaj |
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Massenwirkungsgesetz: nMaj
ß Þ
nMin
Ý. Bei U G > Uthr
wird Inversion erreicht; danach hat das Gebiet unter dem Gate dieselbe Art Majoritätsträger
wie Source und Drain. | |
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Zwischen Source und Drain existiert jetzt ein leitender Kanal; Strom kann fließen. |
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Entscheidend für die Funktion ist die Gate-Substrat-Kapazität und damit das Gate- Dielektrikum. | |
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Merke: Þ |
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Halbleiter und Halbleitertechnologie
sind im Zentrum
moderner Technik. |
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© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)
