Napelemek laboratórium 1. gyakorlat Dr. Mizsei János

Áttekintés A fúziós - fotovoltaikus energiatermelő rendszer működése A fény és a félvezető kölcsönhatása Az energiatranszport, a beérkező energia spektruma 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 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Fúziós - fotovoltaikus energiatermelő rendszer q Wg hν hν ≥ Wg Csatolás a napkorona elektronjai és a földi atomok, szilárdtestek elektronjai között 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Az energiatranszport folyamatának részletei 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A besugárzás különféle feltételei AM - air mass 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A fény és a félvezető kölcsönhatása dx x 1,1eV 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A fény és a félvezető kölcsönhatása A generációs ráta: G(λ,x)=α(λ)·F(λ)·[1-R(λ)]·exp(-α(λ)·x) 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Energiaspektrum 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Napelem működése rövidzárásban Rövidzárásban R =0, U=0, I=IL A beépített tér szétválasztja a generált töltéshordozókat A generálódott kisebbségi töltéshordozók eljuthatnak a kiürített rétegig, ha diffúziós hosszon belül vannak 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Napelem működése üresjárásban Üresjárásban R =∞, U=U0, I=0 Szakadás esetén kialakul az üresjárási nyitófeszültség Lecsökkenti a diffúziós potenciált A fény által generált árammal egyenlő diffúziós áram folyik át az átmeneten (erősen megvilágított eset) 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Ideális napelem karakterisztikák 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Ideális napelem karakterisztikák Iz Im Um U0 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Ideális napelem karakterisztikák Konstrukció rejtve: 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Ideális napelem karakterisztikák Konstrukció rejtve: 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Fény detektálására alkalmas paraméterek Üresjárás esetén (I=0), a karakterisztika logaritmikus lesz: 10x-es fényintenzitás esetén: Rövidzár esetén (U=0), a karakterisztika lineáris lesz: 10x-es fényintenzitás esetén: If0 – a fotonfluxus (másodpercenként beeső fotonok sűrűsége) 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A napelem munkapontja, ideális eset FF – Fill Faktor 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A napelem munkapontja, veszteséges eset Rs – soros ellenállás Rsh – átvezetés (párhuzamos ellenállás) IL – generált fotoáram 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A soros ellenállás és az átvezetés hatása (Hő)veszteség RS Maximális teljesítmény 1 1 W 0.77 2 W 0.57 5 W 0.27 10 W 0.14 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A legkedvezőbb félvezetőanyag kiválasztása a beérkező fotonok energia spektruma a beérkező összes teljesítmény: 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A legkedvezőbb félvezetőanyag kiválasztása Cu(In,Ga)Se2 A legkedvezőbb félvezetőanyag földi körülmények között energiakoncentrálás nélkül, illetve ezerszeres energiakoncentrációval 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Hullámzás energiájával működő vízikerék Szinuszos hullámzást („A” amplitúdóval) feltételezve Pmax nyerhető, H=0.39A gátmagasság esetén Gát H A Nem hasznosítható Fölösleges 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

A rétegszerkezet kialakításának szempontjai Optimális anyagválasztás Tiltott sáv szélessége Kisebbségi töltéshordozók élettartama A p-n átmenet Létrehozása Természete Adalékolása Mélysége A kontaktusok minősége Felületi rekombináció Soros ohmikus ellenállás 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Napelem cellák fajtái A beépített potenciál eredete Anyagválasztás p-n átmenet(ek) fém-félvezető átmenetek MOS szerkezetek Anyagválasztás egykristályos multikristályos, (polykristályos) amorf elemi, vegyület félvezetőkből Technológia választás tömb vékonyréteg kivitelben 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Napelem cellák fajtái Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

PEARL (passivated emitter and rear locally) cella hátoldali kontaktus oxid előoldali kontaktus ARC réteg „inverz” piramis felületi struktúra 24%-os hatásfok 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Tandem cella 22%-os hatásfok Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

HIT cella (Sanyo) 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Inverziós és Schottky gátas cella Inverziós cella Schottky gátas cella 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Amorf szilícium (a-Si) napelem nagyon vékony (0,008 µm) p+ réteg intrinsic réteg (0,5 – 1 µm) vékony (0,02 µm) n+ réteg 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Amorf szilícium (a-Si) napelem 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

CIS (copper indium diselenid) napelem Cella keresztmetszeti képe CIS cella felépítése 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Több átmenetes cellák Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

Napelem típusok összehasonlítása 2018.05.05. Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat