Kısa devre akımı güneş hücresi üzerinden geçen gerilimin sıfır olduğu durumda hücre üzerinden geçen akımdır. Genellikle ISC şeklinde kısaltılır ve aşağıdaki IV eğrisi üzerinde gösterilmektedir.

iv curve

Şekil. Kısa devre akımını gösteren güneş hücresinin IV eğrisi

 

Kısa devre akımı, ışık kaynaklı taşıyıcıların üretilmesi ve toplanmasından kaynaklanmaktadır. En orta derecede dirençli kayıp mekanizmalarındaki ideal bir güneş hücresi için, kısa devre akımı ve ışık kaynaklı akım aynıdır. Bu nedenle, kısa devre akımı güneş hücresinden alınabilecek en büyük akımdır.

 

Kısa devre akımı aşağıda tanımlanan birçok faktöre bağlıdır:

 

  • Güneş hücresinin alanı: Güneş hücresi alanının bağımlılığını ortadan kaldırmak için, kısa devre akımı yerine kısa devre akım yoğunluğunu (JSC (mA/cm2)) listelemek daha yaygındır;
  • Foton sayısı: (yani; gelen ışık kaynağının gücü) Bir güneş hücresindeki ISC, Işık Yoğunluğunun Etkisi bölümünde bahsedildiği gibi doğrudan ışık yoğunluğuna bağlıdır.
  • Gelen ışığın spektrumu: Çoğu güneş hücresi ölçümü için, spektrum 5 spektrumuna standardize edilmiştir;
  • Optik özellikler: Güneş hücresinin absorplama ve yansıtma özellikleri (optik kayıplar bölümünde açıklanmaktadır.)
  • Toplama olasılığı: Esas olarak yüzey pasivasyonuna ve tabandaki azınlık taşıyıcı ömrüne bağlı olan güneş hücrelerinin toplama olasılığı.

 

Aynı malzeme tipindeki güneş hücreleri kıyaslandığında, en kritik malzeme parametreleri difüzyon mesafesi ve yüzey pasivasyonudur. Mükemmel pasivasyonlu yüzeye ve homojen jenerasyona sahip bir hücrede, kısa devre akımı için denklem aşağıdaki gibi olabilir:

 

G = oluşum oranı (generation rate)

Ln = elektron difüzyon mesafesi

Lp = boşluk difüzyon mesafesi

 

Bu denklem çoğu güneş hücresinde karşılaşılan şartlar için doğru olmayan birkaç varsayımda bulunsa da, yukarıdaki denklem yine de kısa devre akımının üretim hızına ve difüzyon uzunluğuna güçlü bir şekilde bağlı olduğunu gösterir. Bir AM1.5 spektrumu altındaki silikon güneş hücreleri, mümkün olan maksimum 46 mA/cm2 akıma sahiptir. Laboratuar cihazları, 42 mA/cm2‘nin üzerinde kısa devre akımlarını ölçmüşlerdir ve ticari güneş hücresi, yaklaşık 28 mA/cm2 ve 35 mA/cm2 arasında kısa devre akımlarına sahiptir.

Solar cell short circuit current as a function of bandgap

Şekil. İdeal bir cihazda, bant aralığı üzerindeki her foton dış devrede bir şarj taşıyıcı verir, böylece en yüksek akım en düşük bant aralığı içindir.

 

1.1.1      Işıklı Akım ve Kısa Devre Akımı (IL veya Isc?)

 

IL, güneş hücresi içinde üretilen ışık akımıdır ve güneş hücresi denkleminde kullanmak için doğru terimdir. Kısa devre koşullarında harici olarak ölçülen akım Isc‘dir. Isc genellikle IL ‘ye eşit olduğu için, ikisi birbirinin yerine kullanılabilir ve basitlik için kullanılır ve güneş hücresi denklemi, IL ‘nin yerine Isc ile yazılır. Çok yüksek seri direnç durumunda (> 10 Ωcm2) ISC, IL‘den daha azdır ve güneş hücresi denklemini Isc ile yazmak yanlıştır.

 

Başka bir varsayım, aydınlatma akımı IL ‘nin sadece gelen ışığa bağlı olduğu ve hücre boyunca voltajdan bağımsız olduğu yönündedir. Bununla birlikte, IL sürüklenme alanlı güneş hücreleri durumunda voltaj ile değişmektedir ve burada taşıyıcı ömrü, kusurlu çok kristalli malzemeler gibi enjeksiyon seviyesinin bir fonksiyonudur.

 

Kaynak: https://www.pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/short-circuit-current