Cтраница 4
Начнем поэтому с рассмотрения тех характеристик, которые являются наиболее важными при этих процессах, прежде всего - спектр солнечного излучения. На рис. 5.6 показано, как распределена по длинам волн энергия солнечного излучения, падающего в единицу времени на единицу поверхности и приходящегося на единичный интервал длин волн. Спектр, измеренный на верхней границе земной атмосферы, очень хорошо совпадает со спектром излучения абсолютно черного тела при температуре 6000 К. Абсолютно черным телом называется физическое тело, которое излучает энергию во всем спектре и поглощает все падающее на него излучение независимо от длин волн. Таких тел в природе не существует, но существуют тела с очень близкими свойствами. Понятие абсолютно черного тела играет важную роль в физике. [46]
С целью повышения качества преобразователя полупроводниковые материалы выбирают с высоким коэффициентом поглощения и большим квантовым выходом в области максимальной интенсивности спектра солнечного излучения, с минимальным коэффициентом отражения и пропускания, определенными шириной запрещенной зоны, степенью легирования, коэффициентом преломления и другими параметрами. В полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны полнее используется большая часть спектра излучения Солнца. КПД при этом слишком мал. [47]
Возможности регистрации спектра Солнца открыли перспективы - для внедрения метода затменного зондирования стратосферы и мезосферы и оценки фоновых концентраций СО, СН, NO2, N2Q в вертикальном столбе атмосферы по спектрам солнечного излучения на уровне Земли. [48]
Но следует отметить, что только незначительная часть энергии солнечной радиации не включена в спектр, представленный на рис. 7.20. Подобная характеристика энергии, излучаемой в ультрафиолетовой части спектра Солнца, не определена до сих пор. Эти данные указывают на огромное разнообразие ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения. [49]
Тлеющий разряд широко используется в технике. В лампах дневного света, более экономичных, чем лампы накаливания, излучение тлеющего разряда, происходящее в парах ртути, поглощается нанесенным на внутреннюю поверхность трубки флуоресцирующим веществом ( люминофором), начинающим под воздействием поглощенного излучения светиться. Спектр свечения при соответствующем подборе люминофоров близок к спектру солнечного излучения. Тлеющий разряд используется для катодного напыления металлов. Вещество катода в тлеющем разряде вследствие бомбардировки положительными ионами, сильно нагреваясь, переходит в парообразное состояние. [50]
В каскадном солнечном элементе второго типа элементы, изготовленные из полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, должны быть расположены друг за другом в такой последовательности, чтобы свет в первую очередь попадал на широкозонный материал. Фотоны, имеющие большую энергию, поглощаются в первом элементе, остальная часть излучения солнечного спектра попадает во второй элемент, в котором также поглощаются наиболее высокоэнергетические фотоны прошедшей части светового потока, а непоглощенное излучение поступает в третий элемент. Процесс селективного поглощения продолжается до тех пор, пока свет не достигнет элемента с наименьшей шириной запрещенной зоны. Ясно, что такая конструкция обеспечивает использование значительно большей части спектра солнечного излучения и позволяет получать более высокий общий КПД. [51]
На рис. 12.4 схематично изображен спектр Солнца от 0 1 нм до 10 м при различных условиях на Солнце. В видимом и инфракрасном диапазонах спектр излучения близок к спектру равновесного излучения абсолютно черного тела с температурой Т 5780 К. В годы высокой солнечной активности наблюдается увеличение спектральной мощности излучения в области ультрафиолета, рентгена и радиоволн. По энергетике солнечные вспышки по отношению к полной энергии, излучаемой Солнцем, представляют собой сравнительно малые вариации ( 10 - 4 - 10 - 5), тем не менее, они существенно влияют на многие процессы на Земле, в том числе на состояние биосферы, погоду и климат. Спектральная плотность солнечного излучения на поверхности Земли отличается от спектра излучения Солнца. После прохождения через атмосферу спектр солнечного излучения существенно изменяется из-за поглощения различными атмосферными газами, до Земли доходит спектр, изрезанный линиями поглощения. Солнечные спектры во внешней атмосфере и на уровне моря приведены на рис. 12.5. Рядом с полосами поглощения отмечены поглощающие газы. [52]
В статистической физике и термодинамике обычно вводят идеализированное понятие абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело - это объект, который полностью поглощает всю падающую на него энергию излучения. Если такое тело находится в равновесии со своим окружением, то, кроме того, что оно является совершенным поглотителем, оно должно быть также и совершенным излучателем. Оно должно излучать столько же энергии, сколько и поглощает, иначе оно не могло бы оставаться в тепловом равновесии. Идеализированное представление об абсолютно черном теле облегчает вычисления ( зависящего от температуры) спектрального распределения такого излучения. Многие излучатели, встречающиеся на практике, могут рассматриваться как абсолютно черные тела или как приблизительно черные тела. Например, общая форма спектра солнечного излучения приблизительно соответствует спектру абсолютно черного тела с температурой 6000 К. [53]