Félvezető napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása (Bevezetés) Habilitációs előadás dr. Mizsei János, 2003

Főcímek: a napenergia fő jellemzői, a fúziós - fotovoltaikus energiatermelő rendszer működése, 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...

Ami beérkezik… (energiaspektrum)



Ideális napelem karakterisztikák

A legkedvezőbb munkaponti beállítás megkeresése FF, Fill Faktor

A legkedvezőbb félvezetőanyag kiválasztása a beérkező energia spektruma

A legkedvezőbb félvezetőanyag -földi körülmények között -energiakoncentrálás nélkül, illetve -ezerszeres energiakoncentrációval Cu(In,Ga)Se 2

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

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

Napelem cellák pn átmenetek, fém-félvezető átmenetek, MOS szerkezetek egykristályos, polikristályos, amorf (elemi, vegyület) félvezetőkből tömb, vékonyréteg kivitelben a beépített potenciál eredete 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

Rétegezett amorf Si napelem szerkezet: vékonyréteg

Cu(In,Ga)Se 2 vékonyréteg cella

Cu(In,Ga)Se 2 vékonyréteg cella: energia sávdiagram energia mélység

Összehasonlítás

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

Theory and practice of the photovoltaic energy conversion (Introduction) main characteristics of the solar energy, process of the energy conversion, ideal solar cell characteristics, the optimal working point, finding the best semiconductor material, the optimal layer structure, practical realisation of photovoltaic cells. Outline:

The spectrum of the solar energy



Characteristics of the ideal photovoltaic cell

Finding the maximum power working point FF, Fill Factor

Finding the best semiconductor material Spectrum of the fotons coming from the sun

The best semiconductor material Cu(In,Ga)Se 2 Theoretical limit for the conversion efficiency as function of the energy gap Efficiency

The best layer structure material selection (energy gap, lifetime of minority carriers), doping of the p and n regions, junction depths, quality of the contacts (surface recombination, series resistance).

Solar cells pn junctions, metal-semiconductor juntions, MOS structures monocrystalline, multicrystalline (polycristalline), amorphous semiconductors bulk, thin film realisation origin of the built in potential material technology

PEARL, passivated emitter and rear locally- diffused cell (Si bulk, monocrystalline) Why is it so good?

Tandem cell (monocrystalline bulk Si without front contact) Both contacts on backside

Inversion cell Schottky barrier cell (monocrystalline bulk Si) Inversion depletion Metal contact layer oxide Metal contact layer

Thin film solar cell structure

Stacked amorphous thin film Si cell

Cu(In,Ga)Se 2 thin film cell Glass substrate

Energy band diagram of the Cu(In,Ga)Se 2 thin film cell

Comparison of some solar cells

Summary solar energy (fusion energy)->electrical energy with the aid of the built in potential optimal working point, material, layer structure, practical realisation, examples.