Ideaalisuuskertoimen mittaaminen
Ideaalisuuskerroin saadaan dark-IV-, Suns-Voc- ja joskus light-IV-käyrän kaltevuudesta.
Pimeässä toimivan kennon perusyhtälö on:
$$I=I_{0}\vasemmalle(\exp \vasemmalle(\frac{q V}{n k T}\oikealle)-1\oikealle)$$
joissa I on diodin läpi kulkeva virta, V on diodin ylimenevä jännite, I0 pimeässä kulkeva kyllästysvirta, n on ideaalisuuskertoimen suuruusluokkaa, ja T on lämpötilaa kelvinissä. q ja k ovat molemmat vakioita. kun V > 50 – 100 mV, -1-termi voidaan jättää huomiotta, joten yllä oleva yhtälö pelkistyy muotoon:
$$$I=I_{0} \exp \left(\frac{q V}{n k T}\\right)$$$
Yhtälön molempien puolien loggaus antaa:
$$\ln (I)=\ln\left(I_{0}\right)+\left(\frac{q V}{n k T}\right) V$$
Kun piirretään virran luonnollinen logaritmi jännitettä vastaan, saadaan kaltevuudeksi q/nkT ja leikkauspisteeksi ln(I0). Todellisissa kennoissa ideaalisuuskerroin riippuu kennon yli olevasta jännitteestä. Ideaalisuuskerroin voidaan joko piirtää jännitteen funktiona tai se voidaan antaa yksittäisenä arvona. Koska ideaalisuuskerroin vaihtelee jännitteen mukaan, jos se annetaan yksittäisenä arvona, myös jännitealue on ilmoitettava.
Ideaalisuuskertoimen poikkeamat yhdestä kertoimesta viittaavat siihen, että joko rekombinaatiomekanismit ovat epätavallisia tai että rekombinaatio muuttuu suuruudeltaan. Näin ollen ideaalisuuskerroin on tehokas väline laitteen rekombinaation tutkimiseen. I0:n mittaus on pätevä vain silloin, kun ideaalisuuskerroin on vakaa.
Ideaalisuuskertoimia mitattaessa on useita käytännön ongelmia:
- Matalilla jännitteillä shunttiresistanssi (Rshunt)hallitsee laitteen toimintaa ja aiheuttaa suuren piikin. Käytännössä ei yleensä ole mahdollista korjata Rshuntin vaikutuksia.
- Korkeilla jännitteillä dark-IV-käyrässä sarjavastus dominoi ja tämä aiheuttaa suuren piikin ideaalisuuskertoimen käyrään korkeilla jännitteillä. Tätä voidaan lieventää käyttämällä Suns-Voc-käyrää, joka, kuten aiemmin todettiin, antaa saman käyrän kuin dark-IV, mutta ilman sarjavastuksen vaikutuksia.
- Ideaalisuuskerroin tulee signaalin differentiaalista, joten se on hyvin altis kohinalle. Kohinaongelmat ovat erityisen ongelmallisia Suns-Voc-mittauksissa. Kohinan vähentämiseksi kaltevuus otetaan yleensä usean pisteen sovituksena.
- Lämpötilan vaikutukset ovat ongelma erityisesti, jos lämpötila muuttuu mittauksen aikana.
Ideaalisuuskertoimen alla olevassa animoidussa kuvaajassa näkyvät vaikutukset tumman IV-käyrään. Käyrä ilman resistiivisiä vaikutuksia on melko yksinkertainen, pienillä jännitteillä ideaalisuuskerroin on kaksi, suurilla jännitteillä ideaalisuuskerroin on yksi. Kun resistiiviset vaikutukset otetaan mukaan, käyrä muuttuu varsin monimutkaiseksi. Rshuntin hallitsevuus pienillä jännitteillä tarkoittaa, että ideaalisuuskerroin pienillä jännitteillä ei päde.
Lokaali ideaalisuuskerroin määritettynä pimeästä IV-käyrästä loisresistanssin vaikutuksen kanssa ja ilman sitä.
Pimeän IV:n mittaukset haudatuista kosketinkennoista ja louhitut paikallisen ideaalisuuskertoimen sovitukset. Eri käyrät ovat peräisin etäisyyden vaihtelusta kennon reunaan. Poistetut ideaalisuuskertoimet osoittavat, että epätavalliset IV-käyrät johtuivat reunan rekombinaatiosta (Kuva uudelleenvedetty lähteestä McIntosh 1.
- 1. K. R. McIntosh ja Honsberg, C. B., ”The Influence of Edge Recombination on a Solar Cell’s IV Curve”, 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference. 2000.