Félvezető napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 1

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Készítette: Szabó Nikolett 11.a
Advertisements

Energiaköltségek optimalizálása
MIKROELEKTRONIKA Nemlineáris elektromos jelenségek, eszközök
Az optikai sugárzás érzékelése
A monolit technika alaplépései
Készítette:Eötvös Viktória 11.a
Az optikai sugárzás érzékelése  Belső fényelektromos hatás  Záróréteges fényelektromos hatás  Külső fényelektromos hatás  Termo-elektromos hatás.
Energiaellátás: Előállítás
Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 2 dr. Mizsei János, 2006.
A félvezető dióda (2. rész)
Az elektronika félvezető fizikai alapjai
A félvezető dióda.
FÉLVEZETŐ-FIZIKAI ÖSSZEFOGLALÓ
MOS integrált áramkörök alkatelemei
Napelemek Készítette: Vincze István (JHKAXQ) Energetika BMEGEENMN01
Napenergia-hasznosítás
Si egykristály előállítása
Szilárd anyagok elektronszerkezete
A FÉMEK ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE
Félvezető technika.
MIKROELEKTRONIKA 3. 1.Felületek, felületi állapotok. 2.Térvezérlés. 3.Kontakt effektusok a félvezetőkben. 4.MES átmenet, eszközök.
MIKROELEKTRONIKA 6. A p-n átmenet kialakítása, típusai és alkalmazásai
Termikus napenergia hasznosítás
Termikus napenergia hasznosítás
Napenergia.
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XI. Előadás Félvezetők fizikája Törzsanyag Az Európai Szociális.
Az alternatív energia felhasználása
4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtestfizikai alapjai szükségesek.
A szingulett gerjesztett állapot dezaktiválódási csatornái E SS1S1 S2S2 T1T1 T2T2 ?
4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek.
Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós Grofcsik András
2. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai alapjai szükségesek.
Kómár Péter, Szécsényi István
Elektron transzport - vezetés
Kubinyi Miklós ) Lézerspektroszkópia Kubinyi Miklós )
Kaszkád erősítő Munkapont Au Rbe Rki nagyfrekvenciás viselkedés
A megújuló energiaforrások
Gáztöltésű detektorok Szcintillátorok Félvezetők
ZnO réteg adalékolása napelemkontaktus céljára
Megújuló energiaforrások – Lehetőségek és problémák
Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 1 dr. Mizsei János,
Félvezető fotoellenállások dr. Mizsei János, 2006.
Félvezetők dr. Mizsei János, 2010 Egyedi atom:
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Bipoláris technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET
Félvezető napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása (Bevezetés) Habilitációs előadás dr. Mizsei János, 2003.
Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása (Bevezetés) Habilitációs előadás dr. Mizsei János, 2003.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Félvezető fizikai alapok.
A félvezetők működése Elmélet
Napenergia és felhasználása
Az üzleti rendszer komplex döntési modelljei (Modellekkel, számítógéppel támogatott üzleti tervezés) II. Hanyecz Lajos.
Nap, mint megújuló energiaforrás a gyakorlatban
Interaktív ktv hálózatok SZÉCHENYI I. EGYETEM Távközlési Tanszék 1 AKTÍV OPTIKAI ESZKÖZÖK.
Energiahatékonysággal a költségcsökkentés és a minőségi üzletvitel érdekében.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A pn átmenet működése: Sztatikus.
Optikai koncentráció félvezető napelemekhez Fogalma A hatásfok javulásának eredete A koncentrátorok gyakorlati megvalósítási lehetőségei Példák.
Polimer elektronika Alapanyagok Kis szerves molekulák Polimerek
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai.
Energiahatékonysággal a költségcsökkentés és a minőségi üzletvitel érdekében.
1 Termikus-elektromos eszköz a nanoelektronikában Áttekintés VO 2 háttérismeretek Termikus-elektromos eszköz a nanoelektronikában elmélet gyakorlat neuron.
Energiahatékonysággal a költségcsökkentés és
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fiziája X. Előadás Szilárdtestek fizikája Törzsanyag Az Európai Szociális.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Minőségbiztosítás a mikroelektronikában A monolit technika.
Napenergia hasznosítás. A Nap A föld energiájának % of a napból származik Az ár/apály 1/3-át a nap tömegvonzása okozza Távolság: 150 millió kilométer.
A félvezető dióda. PN átmenet kivitele A pn átmenet: Olyan egykristályos félvezető tartomány, amelyben egymással érintkezik egy p és egy n típusú övezet.
És mondá Isten: Legyen mindenütt világosság! (Mózes első könyve 1.3.) Legyen mindenütt LED! (tőlem) Let it be! (the Beatles, 1970) LED it be! (PBKIK) Valóban.
Megújuló energiaforrások Dr. Mizsei János, Timárné Horváth Veronika Köszönet Matteo Reggente bemutató anyagáért.
Az alternatív energia felhasználása Összeállította: Rudas Ádám (RUARABI:ELTE)
Napelemek laboratórium 1. gyakorlat
A félvezető dióda.
Előadás másolata:

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

Egyedi atom:

Egyedi atom: Elektron-energiaszintek származtatása: hullámegyenlet megoldása. Egyedülálló atom: diszkrét energiaszintek. A szintek közötti elektron-átmenet az energiaszintek közötti energia-különbséggel megegyező energiájú foton kibocsátásával, illetve elnyelésével jár együtt. Adott energia-szintről az elektron végtelenbe való eltávolításához az ionizációs potenciállal egyenlő energia közlése szükséges.

Kristályrács (félvezető)

Kristályrács (félvezető) a diszkrét energiaszintek sávokká szélesednek (ok: Pauli elv) A hullámegyenlet megoldása periodikus potenciáltér és végtelen kristálytérfogat (Bloch határfeltétel) esetére megadja az elektron által elfoglalható energiaszinteket, sávokat.

Intrinsic félvezető 1: generáció 2: vezetés a vezetési sávban 3: vezetés a vegyértéksávban (lyukvezetés) 4: rekombináció

N típusú félvezető

P típusú félvezető

Felületi (Nss) és tömbi (donor, akceptor, mély) energia állapotok egykristályos félvezetőben oxigén

Polikristályos (multikristályos) szilárdtest

Amorf szilárdtest

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.

Fúziós - fotovoltaikus energiatermelő rendszer

Az energiatranszport folyamatának részletei...

A besugárzás különféle feltételei AM - air mass

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

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:

SI=0

Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák

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

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

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

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

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.

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

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

Tandem cella (Si egykristály, tömb, több átmenettel)

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

Rétegezett amorf Si napelem szerkezet: vékonyréteg

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

Cu(In,Ga)Se2 vékonyréteg cella

Összehasonlítás http://pveducation.org/pvcdrom

A fejlődés

Gyakorlati kivitel, szemléltető példák:

Optikai koncentráció félvezető napelemekhez Fogalma A hatásfok javulásának eredete A koncentrátorok gyakorlati megvalósítási lehetőségei Példák

Optikai koncentráció A „híg” energia összegyűjtése nagyobb felületről, elnyeletése kisebb felületen. Optikailag közelebb visszük a cellát a sugárzó forráshoz !

Optikai koncentráció Hatásfok: fotogeneráció/termikus generáció. Hátrányok: Csak a direkt fényt használják fel, pedig a beérkező szórt komponens 15-30 %-a lehet a beeső összes sugárzásnak. A koncentrátornak mindig a nap felé kell néznie (napkövető automatika kell, nagyobb beruházási és fenntartási költséggel). Előny: 1. Kisebb napelemfelület kell. 2. A hatásfok megnövekedése. Hát ez meg mitől ??? Hatásfok: fotogeneráció/termikus generáció.

A rövidzárási áram nő a koncentrációval: C: az optikai koncentráció mértéke (az átlagos besugárzás az Ar elnyelő felületen osztva a besugárzással a koncentrátor bemenetén)

Az üresjárási feszültség: A teljesítmény: …több lesz ! A hatásfok is nő !

A koncentráció növelésével nő az áram, és négyzetesen nő a soros ellenálláson kialakuló veszteség: Az optimum: 1.Nagyon jó cellát kell készíteni ahhoz, hogy érdemes legyen koncentrálni ! 2.Rossz cella (nagy Rs) esetén már az 1sun is „túl erős” megvilágítás !

Jó hatásfok: több pn átmenetes cella Bonyolult technológia: -drága, -több átmenet: többet vesztünk a réven, mint amennyit nyerünk a vámon.

Három pn átmenet, két alagutas átmenet:

Három pn átmenet, két alagutas átmenet:

Technológiai nehézségek bonyolult rétegszerkezet rácsállandó illesztetlenségek

Optikai koncentrátorok

Optikai koncentrátorok Fresnel lencse: kevesebb anyag, kisebb tömeg olcsóbb és kisebb veszteséget okoz a jóminőségű Fresnel lencs 1000 síkot is tartalmazhat centiméterenként.

Erős koncentrálás parabolatükörrel Hűtés !!!

Optikai koncentráció Parabolikus tükörrel: Kramer Junction, California, power plant

Naperőmű (Egyesült Arab Emírség, 2013) 20000 lakás évi 175 ezer tonna szén-dioxid

Optikai koncentráció 10 Kw Eurodish -Almeria Spain

Optikai koncentráció Fix pontra vetítéssel: Advanced Thermal Systems 150-m2 Heliostat The Solar Two power tower

Optikai koncentráció Dish Shape 55

Optikai koncentráció Kétlépcsős koncentrálás: Hátrány: igen drága, további optikai veszteségek.

Összefoglalás napenergia (fúziós energia)-> villamos energia a beépített potenciál segítségével optimálás (munkapont, technológia) gyakorlati kivitel, szemléltető példák. http://nasa.web.elte.hu/Asimov/solarcell_hu/index.html