Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 1 dr. Mizsei János, 2006-2013.

Az előadások a következő témára: "Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 1 dr. Mizsei János, 2006-2013."— Előadás másolata:

1 Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 1
dr. Mizsei János,

2 Főcímek: a napenergia fő jellemzői,
a fúziós - fotovoltaikus energiatermelő rendszer működése, a fény és a félvezető kölcsönhatása, az energiatranszport, a beérkező energia spektruma, az energiaátalakítás folyamata, az ideális napelem jellemzői, a legkedvezőbb munkaponti beállítás megkeresése, a legkedvezőbb félvezetőanyag kiválasztása, a legkedvezőbb rétegszerkezet kialakításának szempontjai, napelem cellák, kapcsolat a gyakorlati megvalósítás és az elmélet között.

3 Fúziós - fotovoltaikus energiatermelő rendszer

4 Az energiatranszport folyamatának részletei...

5 A besugárzás különféle feltételei AM - air mass

6 A fény és a félvezető kölcsönhatása
abszorpciós tényező A fény és a félvezető kölcsönhatása x

7 A fény és a félvezető kölcsönhatása
Q x A fény és a félvezető kölcsönhatása Q Q Q Q Å Å Å Å A generációs ráta:

8 Ami beérkezik… (energiaspektrum)

9 SI=0

10 SI=0

11 Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák

12 Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák
Konstrukció: rejtve

13 Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák
Konstrukció: rejtve

14 A fény detektálás szempontjából legkedvezőbb munkaponti beállítások
Szakadás (I=0), a karakterisztika logaritmikus lesz: Rövidzár (vagy záróirányú előfeszítés), a karakterisztika lineáris lesz: A fotonfluxus:

15   Gazdaságos képletgyűjtemény                    

16 A fototranzisztor hn n p n+ Fototranzisztor:
a kollektoráram a fotogenerált (bázis)áram B-szerese (de némi +UCE előfeszítés szükséges lehet)

17 Az energiatermelés szempontjából legkedvezőbb munkaponti beállítás megkeresése
FF, Fill Faktor

18 Az energiatermelés szempontjából legkedvezőbb munkaponti beállítás
Miért nem …mert T>0 K-en nyitva van a pn átmenet ! T=0K ??? I U

19 Ami beérkezik… (energiaspektrum, energia-sűrűség, foton/sec/cm2/eV) Ami beérkezik… (összes, W-nél nagyobb energiájú fotonok száma, eloszlásfüggvény, foton/sec/cm2)

20 A legkedvezőbb félvezetőanyag kiválasztása
a beérkező energia spektruma a beérkező összes teljesítmény: A legkedvezőbb félvezetőanyag kiválasztása

21 A legkedvezőbb félvezetőanyag -földi körülmények között -energiakoncentrálás nélkül, illetve -ezerszeres energiakoncentrációval Cu(In,Ga)Se2

22 Árapály vagy hullámzás energiájával működő vízikerék
Szinuszos hullámzást („A” amplitúdóval) feltételezve Pmax nyerhető H=0.39A gátmagasság esetén Fölösleges A Gát H Nem hasznosítható

23 A legkedvezőbb rétegszerkezet kialakításának szempontjai
optimális anyagválasztás (tiltott sáv szélessége, kisebbségi töltéshordozók élettartama), a pn átmenet (potenciálgát) létrehozása, természete, adalékolása és mélysége, a kontaktusok minősége (felületi rekombináció, soros ohmikus ellenállás). Konkrétabban: példákon keresztül.

24 a beépített potenciál eredete, konstrukció választás
Napelem cellák pn átmenet(ek), fém-félvezető átmenetek, MOS szerkezetek egykristályos, multikristályos, (polikristályos), amorf, elemi, vegyület félvezetőkből tömb, vékonyréteg kivitelben anyagválasztás technológia választás

25 A pn átmenetes PEARL cella (Si egykristály, tömb)
Miért is jó?

26 Tandem cella (Si egykristály, tömb, több átmenettel)

27 Inverziós cella Schottky gátas cella (Si egykristály, tömb)

28 Vékonyréteg napelem szerkezetek
L kicsi, Wg nagy, elnyelés: kicsi.

29 Rétegezett amorf Si napelem szerkezet: vékonyréteg

30 Rétegezett amorf Si – kristályos Si napelem szerkezet: vékonyréteg+tömb
p+ i n i n+

31 Cu(In,Ga)Se2 vékonyréteg cella

32 Cu(In,Ga)Se2 vékonyréteg cella: energia sávdiagram
mélység

33 Összehasonlítás

34 A fejlődés

35 Gyakorlati kivitel, szemléltető példák:

36 Összefoglalás napenergia (fúziós energia)-> villamos energia
a beépített potenciál segítségével optimálás (munkapont, technológia) gyakorlati kivitel, szemléltető példák.