Environmental Engineering Reference
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I
U
F
U
U
F,0
I
F
I
F,0
Abb. 6.17
Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Fotodiode, die mit Licht bestrahlt wird. Die Fo-
todiode liefert einen negativen Strom
I
F
bei positiver Spannung
U
F
in dem
dunkel gefärbten Bereich
.
Der
hell gefärbte Bereich
entsprichtder maximal möglichen Leistung
U
F,
I
F,
bei rechteckiger Kenn-
linie
wobei
I
<
I
ist. Im Arbeitsbereich einer Fotodiode entsteht bei negati-
vem Strom
I
F
eine positive Spannung
U
F
an der Diode, ohne dass eine äußere Spannung
U
angelegt werden muss. Die maximale elektrische Leistung, die eine Fotodiode aus der
Solarenergie umwandeln kann, ergibt sich zu
und
I
F,
≪
P
el
=−
U
F
I
F
=−
c
f
U
F,
I
F,
,
(6.44)
wobei
c
f
=(
der
Füllfaktor
ist. Der Füllfaktor sollte einen Wert nahe eins
besitzen, dazu müsste die Strom-Spannungs-Kennlinie der Fotodiode in ihrem Arbeitsbe-
reich eine Form haben, die einem rechten Winkel möglichst nahe kommt. Dies lässt sich
nicht erreichen, daher besitzen Fotodioden typische Füllfaktoren
c
f
≈
U
F
I
F
)/(
U
F,
I
F,
)
,.
Wie groß sind Kurzschlussstrom
I
F,
und Leerlaufspannung
U
F,
?
Beide
sollten mög-
lichst groß sein, aber es ist unmöglich, beide Größen gleichzeitig zu maximieren. Denn
I
F,
wird umso größer, je
kleiner
dieBandlücke Δ
W
des Halbleiters ist, und
U
F,
wird umso grö-
ßer, je
größer
Δ
W
ist. Also muss ein Kompromiss für den Wert von Δ
W
gefunden werden,
und dieser optimale Wert Δ
W
optimum
hängt von der spektralen Intensitätsverteilung des
Was bedeuten diese Gegebenheiten für den Wirkungsgrad einer Fotodiode? Die Son-
nenleistung, die eine Fotodiode in elektrische Leistung umwandelt, beträgt bei einer Sperr-
P
′
⊕
=
I
′
⊕
A
F
(6.45)
und daraus ergibt sich ein
Wirkungsgrad
P
el
P
′
⊕
=−
c
f
U
F,
I
F,
I
′
⊕
A
F
η
F
=
.
(6.46)
hängig von der Größe der Bandlücke Δ
W
. Diese Abhängigkeit ist in Abb.
6.18
gezeigt,
η
