Napelemek laboratórium 1. gyakorlat

Az előadások a következő témára: "Napelemek laboratórium 1. gyakorlat"— Előadás másolata:

1 Napelemek laboratórium 1. gyakorlat
Dr. Mizsei János

2 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 Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

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

4 Az energiatranszport folyamatának részletei
Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

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

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

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

8 Energiaspektrum Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

9 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 Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

10 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) Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

11 Ideális napelem karakterisztikák
Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

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

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

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

15 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) Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

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

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

18 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 Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

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

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

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

22 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 Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

23 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 Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat

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

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

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

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

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

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

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

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

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

33 Napelem típusok összehasonlítása
Napelemek laboratórium - 1. gyakorlat