Фотоэлектрические преобразователи на квантовых точках

Автор: Пользователь скрыл имя, 23 Мая 2013 в 02:39, дипломная работа

Краткое описание

В дипломной работе предпринята попытка теоретического описания функционирование фотоэлектрических преобразователей с промежуточной подзоной на основе гетероструктур с квантовыми точками. Для этого предложена эквивалентная схема такого фотоэлектрического преобразователя, учитывающая межзонные генерационные переходы и различные виды рекомбинационных процессов (безызлучательная и излучательная рекомбинация, Оже-рекомбинация). На основе экспериментальных данных (электролюминесценция, вольт-амперная характеристика, спектральная зависимость внешнего квантового выхода) будет проведена оценка токов на каждом из элементов эквивалентной схемы солнечного элемента с промежуточной подзоной.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………7
1 ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
И ТИПЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ………………...8
1.1 Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии………8
1.2 Полупроводниковые материалы…………………………………………11
1.2.1 Моно полупроводники……………………………………………….11
1.2.2 Полупроводники А3В5………………………………………………..14
1.2.3 Полупроводники А2В6………………………………………………..16
1.2.4 Органические материалы…………………………………………….17
1.3 Технология получения полупроводниковых структур…………………19
1.3.1 Молекулярно-лучевая эпитаксия……………………………………19
1.3.2 МОС ГФЭ……………………………………………………………..21
1.3.3 Жидкофазная эпитаксия......................................................................23
1.3.4 Ионно-лучевая эпитаксия……………………………………………25
1.4 Классификация ФЭП……………………………………………………...27
1.4.1 Кремниевые ФЭП…………………………………………………….27
1.4.2 ФЭП А3В5……………………………………………………………..32
1.4.3 ФЭП А2В6……………………………………………………………..35
1.4.4 ФЭП на органических материалах…………………………………..37
1.4.5 ФЭП с квантовыми точками…………………………………………39
1.5 Постановка цели и задач дипломной работы…………………………...41
2 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ………………………………42
2.1 Спектр солнечного излучения…………………………………………..42
2.2 Краткая теория полупроводников………………………………………..43
2.3 Процессы поглощения и рекомбинации………………………………...48
2.4 Фотовольтаический эффект в p-n-переходе……………………………..54
2.5 Модель классического солнечного элемента…………………………...57
2.6 Основные характеристики солнечных элементов (ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, фактор заполнения, кпд)………….61
2.7 Кремниевые фотоэлектрические преобразователя……………………..63
2.7.1 Структура кремниевого фотоэлектрического преобразователя….63
2.7.2 Вольтамперные и спектральные характеристики кремниевых фотоэлектрических преобразователей…………………………………………66
2.8 Фотоэлектрические преобразователи на основе
гетероструктур A3B5…………………………………………………………….68
2.8.1Структура фотоэлектрических преобразователей на основе гетероструктур A3B5…………………………………………………………….68
2.8.2 Вольтамперные и спектральные характеристики фотоэлектрических преобразователей на основе гетероструктур A3B5……..70
3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПОДЗОНОЙ
НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ………….73
3.1 Физическая модель функционирования
фотоэлектрических преобразователей с промежуточной подзоной…………73
3.2 Эквивалентная электрическая схема
фотоэлектрического преобразователя с промежуточной подзоной………….75
3.3 Расчет токов на элементах эквивалентной схемы
фотоэлектрического преобразователя с промежуточной подзоной………….81
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ……………………………....89
4.1 Анализ производственной среды………………………………………...89
4.2 Выявление и анализ опасных и вредных производственных факторов в лаборатории………………………………………………………………………90
4.3 Производственная санитария…………………………………………….91
4.3.1 Расчет вентиляции помещений……………………………………...91
4.3.2 Расчет освещения помещений……………………………………….94
4.3.3 Организационные мероприятия по снижению уровней шума и вибрации………………………………………………………………………….96
4.3.4 Производственная эстетика……………………………………….....98
4.3.5 Санитарно-бытовые устройства……………………………………..99
4.3.6 Средства индивидуальной защиты персонала……………………...99
4.3.7 Мероприятия, компенсирующие негативное воздействие ОВПФ на работающих……………………………………………………………………....99
4.4 Техника безопасности……………………………………………….........99
4.4.1 Электробезопасность………………………………………………...99
4.4.2 Меры по обеспечению безопасности оборудования, работающего под давлением…………………………………………………………………..101
4.5 Взрывопожарная безопасность…………………………………………101
4.5.1 Мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов………….101
4.5.2 Проектируемые средства и системы пожаротушения и локализация взрывов и пожаров……………………………………………………………...104
4.5.3 Проектируемые системы сигнализации
и оповещения о пожаре………………………………………………………..106
4.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………...108
4.6.1 Обеспечение безопасности проектируемого производства в условиях техногенных ЧС……………………………………………………..108
4.6.2 Обеспечение безопасности проектируемого производства в условиях ЧС природного происхождения……………………………………112
4.6.3 Обеспечение безопасности проектируемого производства в условиях ЧС военного характера……………………………………………...113
4.6.4 Экономический аспект безопасности при проведении НИР…….114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..115
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………..116

Файлы: 1 файл

Диплом.docx

— 1.91 Мб (Скачать)

В современный персональный компьютер  устанавливается до трёх шумных вентиляторов, шум также исходит от накопителя на жёстких магнитных дисках, CD- ROMа. Для борьбы с шумом издаваемым вентиляторами применяется способ, заключающийся в уменьшении скорости вращения лопастей. Шум издаваемый вентилятором находится в нелинейной зависимости относительно частоты его вращения: до определённого момента – шума почти нет, если же скорость вращения преодолевает некий рубеж – шум значительно возрастает. Для уменьшения шума можно применить следующие две меры:

  1. снижение шума  в самом источнике;
  2. использование звукопоглощающих покрытий.

Для снижения шума в самом источнике помимо применения методики заключающейся  в уменьшении скорости вращения вентиляторов, применяется следующий способ. Лучшего  шумопоглощения можно добиться, при накрывании нижней части корпуса компьютера звукопоглощающим материалом (ватой, поролоном). В целом применяемые выше методики в значительной мере снижают уровень шума в помещении и позволяют добиться приемлемых уровней шума. Однако уровень шума в рабочем помещении лаборатории можно также снизить использованием звукопоглощающих материалов с максимальными коэффициентами звукопоглощения в области частот 63 – 8000 Гц. Эти материалы применяются для отделки помещения – его внутренних стен и потолка.

 

      1. Производственная эстетика

Для  обеспечения  высокой производительности и безопасности труда, а также удовлетворения эстетических требований большое значение имеет  комплекс вопросов, связанных с цветовым оформлением помещения, оборудования и коммуникаций.

Согласно  СН 181-70 [47] потолок и стены в лаборатории побелены. Оконные проемы имеют размеры, обеспечивающие достаточные условия естественного освещения. В лаборатории всегда чистый воздух благодаря имеющейся вентиляции. Имеется кран с проточной водой. Все указанные меры позволяют значительно снизить утомляемость, и максимально сосредоточится на выполнении работы.

 

4.3.5 Санитарно-бытовые устройства

Для соблюдения работниками лаборатории  санитарно-гигиенических требований установлена раковина и проведена  холодная вода.

 

4.3.6 Средства индивидуальной защиты персонала

В силу того, что практика проходила  в компьютерной лаборатории, и персонал не имел никакого доступа к вредным  для здоровья человека веществам, средства индивидуальной защиты отсутствуют.

 

4.3.7 Мероприятия, компенсирующие негативное воздействие ОВПФ на работающих

Как отмечалось в пункте 4.6, в компьютерной лаборатории отсутствуют какие-либо вредные производственные факторы, следовательно, и мероприятия, их компенсирующие, также не применяются.

4.4 Техника безопасности

4.4.1 Электробезопасность

Электрические установки, к которым относится  практически все оборудование ЭВМ, представляют для человека большую  потенциальную опасность, так как  в процессе эксплуатации или проведении профилактических работ человек  может коснуться частей, находящихся  под напряжением [48].

Помещение для лаборатории относится к  категории помещений без повышенной опасности поражения электрическим  током.

Применяемые ПЭВМ и периферийные устройства относятся  к классу «1» электротехнических изделий и средств по способу  защиты человека от поражения электрическим  током. ПЭВМ является устройством, у  которого есть рабочая изоляция, элемент  для заземления и провод с заземляющей  жилой для источника питания.

Электроснабжение  в лаборатории осуществляется сетью  с изолированной нейтралью трансформатора.  Для защиты от поражения электротоком используем защитное заземление. Заземление реализуется путем соединения всех проводящих, но не токоведущих частей ПЭВМ и периферийного оборудования с землей. Позволяет снизить потенциал корпуса системного блока ПЭВМ и других частей, могущих оказаться под напряжением, до потенциала земли, и шунтировать тело человека через сопротивление заземлителя в случае прикосновения к корпусу ПЭВМ.

Заземление  лаборатории подключается к общей  системе заземления здания. Для сети напряжением 380/220 вольт с изолированной нейтралью сопротивление заземлителя в любое время года не должно превышать 4-х Ом.

Все розетки для подключения ПЭВМ должны быть заземлены. Специальным  проводником с малым сопротивлением розетки соединяются с общей  системой заземления здания.

Подключать  ЭВМ разрешается только через  заземленную розетку, расположенную  в доступном месте. В случае отсутствия заземления, подключение необходимо организовать посредством нейтрализатора электрического поля (специальное согласующее  устройство). Использовать в качестве заземления конструктивные особенности  зданий, коммунальные системы, системы  водоснабжения категорически запрещается.

Необходимо  использовать источники бесперебойного питания с обязательной стабилизацией  напряжения сети, с целью исключения возможных аварийных ситуаций.

Учитывая, что все кабели и коммутационные линии являются источником электромагнитного  излучения, то их следует располагать  компактно, как можно дальше от рабочего кресла пользователя и по возможности  с тыльной стороны стола. Нельзя перекручивать кабели и располагать  их, не закрепленными под столом.

Важное значение для предотвращения электротравматизма имеет правильная организация обслуживания действующих электроустановок лаборатории, проведения ремонтных, монтажных и профилактических работ.

 

4.4.2. Меры по обеспечению безопасности оборудования, работающего под давлением

Во  время производственной практики не производились никакие опыты  с оборудованием, работающим под  давлением.

4.5 Взрывопожарная безопасность

4.5.1 Мероприятия по предупреждению пожаров и взрывов

Пожары  в лабораториях с электронно-вычислительной техникой представляют особую опасность, так как сопряжены с большими материальными потерями. Характерная  особенность лабораторий – небольшие  площади помещений. Как известно пожар может возникнуть при взаимодействии горючих веществ, окисления и  источников зажигания. В помещениях оборудованных ЭВМ присутствуют все три основные фактора, необходимые для возникновения пожара. Горючими компонентами в лаборатории являются: строительные материалы для акустической и эстетической отделки помещений, перегородки, двери, полы, изоляция кабелей.

Помещение лаборатории  по взрывопожарной и  пожарной опасности относится к  категории «В», так как есть твердые  трудно горючие и легко горючие материалы способные гореть, а помещение не относится к другим категориям (А и Б), так как в лаборатории отсутствуют горючие пыли, жидкости, взрывоопасные материалы [49].

По  функциональной пожарной опасности  помещение для лаборатории можно  отнести к классу учебных заведений, научных и проектных организаций, к подклассу высших учебных заведений. Класс функциональной пожарной опасности  лаборатории Ф 4.2, так как помещение  для лаборатории расположено  в здании высшего учебного заведения  [50].

Источниками зажигания в лаборатории могут  быть электронные схемы от ЭВМ, приборы, применяемые для технического обслуживания, устройства электропитания, кондиционирования  воздуха, где в результате различных  нарушений образуются перегретые элементы, электрические искры и дуги, способные  вызвать загорания горючих материалов. В современных ЭВМ очень высокая  плотность размещения элементов  электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются  соединительные провода, кабели. При  протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты. При этом возможно оплавление изоляции. Для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы вентиляции и  кондиционирования воздуха. При  постоянном действии эти системы  представляют собой дополнительную пожарную опасность.

В лаборатории оборудованной дорогой  вычислительной техникой, следует избегать использования ремонтных приспособлений, а все ремонтно-диагностические  работы производить в специализированных сервисных центрах.

Одной из наиболее важных задач пожарной защиты, является защита строительных помещений от разрушений и обеспечение  их достаточной прочности в условиях воздействия высоких температур при пожаре. Учитывая высокую стоимость электронного оборудования, помещение для лаборатории должно быть 1 и 2 степени огнестойкости.

К средствам профилактике пожаров  в лаборатории, можно отнести  следующие организационные мероприятия:

  • противопожарная пропаганда (включая наглядную агитацию);
  • обучение пожарной безопасности сотрудников.

К организационно-техническим мероприятиям по пожарной безопасности можно отнести:

  • создание планов эвакуации и тушения;
  • организация первичных средств тушения;
  • содействие пожарной охране.

Для тушения пожаров на начальных  стадиях широко применяются огнетушители. В производственных помещениях с  ЭВМ применяются главным образом  углекислотные огнетушители, достоинством которых является высокая эффективность  тушения пожара, сохранность электронного оборудования, диэлектрические свойства углекислого газа, что позволяет  использовать эти огнетушители даже в том случае, когда не удается  обесточить электроустановку сразу.

Для определения количества огнетушителей  и их типа, требуется проанализировать их огнетушащую способность и  класс пожара. В лаборатории возможный  пожар будет относиться к классу «Е» – горение электроустановок. С учетом, того, что лаборатория  относится к категории «общественных  зданий и сооружений», расстояние от возможного очага пожара и места  расположения огнетушителя должно быть не более 20 метров [50]. Количество огнетушителей следует определить по расчетной площади тушения огнетушителя. Наиболее подходит огнетушитель типа ОУ-8, с общей массой не более 20 кг, рассчитанный на класс пожара и размер модельного очага «55В». Данный огнетушитель может быть применен для тушения различных возгораний как в электроустановках до 10 кВ, так и в офисных помещениях с площадью очага до 2 м2 . Для лаборатории выбираем два таких огнетушителя. Огнетушители следует разместить у входа в лабораторию на высоте не более 1.5 м. В лаборатории следует назначить ответственного за пожарную безопасность, в обязанности которого будет входить проверка и техническое обслуживание огнетушителей.

При эвакуации  сотрудников из помещения лаборатории  требуется действовать в соответствии с заранее разработанным планом эвакуации. Окна в лаборатории должны быть без решеток, с легко открываемыми ставнями. Проход в помещение лаборатории  должен быть легко доступным.

4.5.2 Проектируемые средства и системы пожаротушения и локализация взрывов и пожаров

К первичным средствам  пожаротушения относятся внутренние пожарные краны, различного типа огнетушители, песок, войлок, кошма, асбестовое полотно. Применяются эти средства для  тушения небольших очагов.

Общие требования – все производственные помещения и склады должны быть обеспечены первичными средствами пожаротушения.

Огнетушители  по виду используемых средств  тушения  подразделяются на три группы: пенные, газовые и порошковые.

Действие  химических пенных огнетушителей, применяющихся  для тушения загораний различных  материалов, в том числе легковоспламеняющихся жидкостей, основано на образовании пены при смешивании щелочных и кислотных частей заряда. Они не эффективные при тушении веществ, горение которых происходит без доступа воздуха. Их нельзя применить для тушения электроустановок, находящихся под напряжением, а также для тушения щелочных металлов. Огнегасящий эффект достигается изоляцией горящего вещества и снижением концентрации кислорода в зоне горения диоксидом кислорода CO2, выделяющимся при разрушении пузырьков пены.

Конструктивно огнетушитель представляет собой стальной корпус с ручкой, в которой помещена щелочная часть заряда. Она состоит  из водного раствора гидрокарбоната натрия и солодкового экстракта. Кислотная часть заряда помещена в полиэтиленовый стакан и представляет собой смесь серной кислоты с сульфатом железа и сульфатом алюминия. В нерабочем состоянии кислотная часть заряда закрыта в стакане клапаном, который укреплен на штоке и прижимается к седлу стакана пружиной. С другой стороны шток клапана крепится к эксцентриковой рукоятке. Для приведения в действие огнетушителя следует повернуть вверх рукоятку и перевернуть огнетушитель. При этом шток с клапаном, сжимая прижимную пружину, переместиться к головке и обеспечить соединение  щелочной и кислотных частей заряда через отверстия. В результате реакции выделяется большое количество диоксида углерода, который интенсивно вспенивает раствор и при достижении давления 0,1 Мпа разрывает запорную  мембрану  и выбрасывает пену струей через спрыск.

Ручной  воздушно-пенный огнетушитель состоит  из стального корпуса объемом 10л, заполненного раствором ПО-1. На крышке огнетушителя укреплены: пусковой рычаг, баллончик с двуокисью водорода, сифонная трубка, мембрана для предотвращения испарения жидкости из корпуса и  воздушно-пенный насадок, имеющий раструб, центробежный распылитель и кассеты  с двумя латунными сетками.

Информация о работе Фотоэлектрические преобразователи на квантовых точках