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

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:

Ami beérkezik… (energiaspektrum)

SI=0 http://jas.eng.buffalo.edu/index.html

SI=0

Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák

Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák Konstrukció: rejtve

Ideális napelem (fotodióda) karakterisztikák Konstrukció: rejtve

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

  Gazdaságos képletgyűjtemény                    

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

Az energiatermelés szempontjából legkedvezőbb munkaponti beállítás megkeresése FF, Fill Faktor

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

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)

Inverziós cella Schottky gátas cella (Si egykristály, tömb)

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

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

Összehasonlítás http://pveducation.org/pvcdrom

A fejlődés

Gyakorlati kivitel, szemléltető példák:

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