Click here to load reader

Prezentacja programu marzan/FotoW3_B.pdf JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ Określanie E a 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014-160-140-120-100-80-60-40-20 0 1100 meV 1220

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Prezentacja programu marzan/FotoW3_B.pdf JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ Określanie E a...

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Energia słoneczna

    • roczne światowe zużycie energii – ok. 20 TW

    • energia słoneczna docierająca do Ziemi

    w ciągu roku – średnio 86 000 TW

    • energia wiatrowa – 870 TW

    • energia geotermalna – 32 TW

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Historia – XIX w.

    • 1834: Edmund Becquerel – oświetlił roztwór AgCl z podłączonymi elektrodami Pt

    uzyskując przepływ prądu – odkrycie efektu fotowoltaicznego

    • 1877: W.G. Adams i R.E. Day

    zaobserwowali

    fotoprzewodnictwo Se

    • 1883: Ch. Fritts – pierwsza bateria

    słoneczna

    oparta o cienką warstwę Se

    AgCl + hn  Ag+ + Cl-

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Efekt fotoelektryczny – Nobel 1921

    Efekt fotowoltaiczny w Cu20

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    1954 – Bell Labs

    1954 - Chapin, Fuller i Pearson –

    pierwsze ogniwo słoneczne oparte o

    Si – 4.5 % wydajności

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    1958 – Naval Research Laboratory

    6 paneli fotowoltaicznych Si, 100 cm2, wydajność 10 %

    wykorzystane do zasilania satelity komunikacyjnego Vanguard 1

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Promieniowanie słoneczne

    stała słoneczna – moc promieniowania

    słonecznego docerająca do atmosfery

    przeliczona na jednostkę powierzchni

    Ziemia - 1366,1 W/m2

    Merkury - 9937 W/m2

    Neptun - 1,5 W/m2

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Promieniowanie ciała doskonale czarnego

    u(,T)  2hc2

    5[e hc

    kT 1]

    CDC - Ciało całkowicie pochłaniające promieniowanie

    Słońce – ciało doskonale czarne o temperaturze 5800 K

    Wyjaśnienie obserwowanego

    rozkładu wymagało założenia

    skwantowania energii

    promieniowania

    E  hn  hc

    Rozkład Planck’a:

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Zewnętrzny efekt fotoelektryczny

    • energia światła > praca wyjścia za metalu

    • elektrony wybite z powierzchni anody trafiają do obwodu i

    docierając do katody zamykają obwód

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Wewnętrzny efekt fotoelektryczny: ogniwo

    złącze p-n

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    1. absorpcja

    2. termalizacja

    3. dryf

    e

    -

    ważne parametry

    • przerwa energetyczna Eg

    • poziom domieszkowania

    • współczynnik absorpcji a

    • czas życia nośników t

    • droga dyfuzji nośników Ld

    • ruchliwość nośników m

    EC

    EV

    Efekt fotoelektryczny w złączu pn

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    J  J0 exp eU

    AkBT

     

      1

     

     

    J0  J00 exp Ea

    kBT

     

     

    JL  Jdark  Jsc 

    JL  J0 exp eU

    AkBT

     

      1

     

       Jsc

    charakterystyka I-V „ciemna”

    charakterystyka I-V ogniwa

    oświetlonego

    zasada superpozycji

    A - współczynnik idealności diody

    (A=1 równanie dyfuzji)

    A>1 straty elektronów - rekombinacja

    Charakterystyka I-V

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Isc – prąd zwarcia

    (short circuit current)

    więcej zaabsorbowanych

    fotonów

     większy Isc

    Voc – napięcie otwartego

    obwodu (open circuit voltage)

    większa przerwa energetyczna

    (Eg)

     większe Voc

    FF – współczynnik wypełnienia

    (fill factor)

    punkt maksymalnej mocy

    Pmax=Imp*Ump

      Imp Ump

    Pin 

    Isc Uoc FF

    Pin

    wydajność ogniwa:

    Charakterystyka I-V c.d.

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Straty energii

    1. Termalizacja

    2. Straty w złączu

    3. Straty na kontaktach

    4. Rekombinacja

    Limit Schockley’a-Quisser’a 1961

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Światło w ogniwie

    1. Odbicie od przedniego kontaktu

    2. Odbicie od powierzchni ogniwa

    3. Absorpcja w ogniwie

    4. Odbicie od tylnego kontaktu

    5. Absorpcja po odbiciu od tylnego kontaktu

    6. Absorpcja na tylnym kontakcie

    L

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Wpływ oporu szeregowego / równoległego

      SC

    sh

    S

    B

    S I R

    IRU

    TAk

    IRUq II 

     

      

     

      

       1exp0

    Rp:

    Rs:

    Rsh: granice ziaren, krawędzie, przebicie

    Rs: absorber, kontakty, połączenia elektryczne

     

    scoc

    p

    p

    p

    scoc

    s ss

    IU

    R r

    r FFFF

    IU

    R rrFFFF

      

     

     

    

    ; 1

    1

    ;1

    0

    0

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Natężenie światła / Temperatura

    SC

    B

    I TAk

    qU II 

      

     

      

      1exp0

      

       

      1ln

    0I

    I

    q

    TAk U scBoc

     

      

     

    TAk

    E II

    B

    aexp000

      

       

     

    sc

    Ba oc

    I

    I

    q

    TAk

    q

    E U 00ln

        kT

    E IAIA a 000 lnln

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Ciemna charakterystyka I-V

     

      

     

    TAk

    E II

    B

    aexp000

     

    p

    S

    B

    S

    R

    IRU

    TAk

    IRUq II

     

      

     

      

       1exp0

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1E-5

    1E-4

    1E-3

    0.01

    0.1

    1

    10

    100

    NC CdS 30 nm

    NC CdS 80 nm

    c u

    rr e

    n t d

    e n

    s it y [ m

    A /c

    m 2 ]

    Voltage [V]

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1E-3

    0.01

    0.1

    1

    10

    100

    1000

    wpływ R S

    c u

    rr e

    n t d

    e n

    s it y [ m

    A /c

    m 2 ]

    Voltage [V]

    wpływ R P

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    Określanie Ea

    0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014

    -160

    -140

    -120

    -100

    -80

    -60

    -40

    -20

    0

    1100 meV

    1220 meV

    1030 meV

    NC CdS 30 nm

    NF CdS 80 nm

    NC CdS 30 nm

    NF CdS 80 nm

    A ln

    (I 0

    )

    Temperature [K]

    790 meV

    0 50 100 150 200 250 300 350 0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1,0

    1,1

    1,2

    1,3

    NC CdS 30 nm

    NF CdS 30 nm

    NC CdS 80 nm

    NF CdS 80 nm

    V O

    C [ V

    ]

    Temperature [K]

    1000 meV

    1130 meV

    1190 meV

    1220 meV

      

       

     

    sc

    Ba oc

    I

    I

    q

    TAk

    q

    E U 00ln   

    kT

    E JAJA a 000 lnln

    Ea = Eg – rekombinacja w objętości absorbera

    Ea < Eg – rekombinacja na międzypowierzchni

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    spektrum słoneczne (1 kW/m2)

    maksymalna wydajność ogniwa

    jednozłączowego, tylko

    rekombinacja promienista, tylko

    straty na skutek termalizacji

    Optymalna przerwa energetyczna

    Si: 1.11 eV = 1120 nm GaAs: 1.43 eV = 870 nm CIGS: 1,2 V = 1030 nm CdTe: 1.5 eV = 830 nm CH3NH3PbX3 : 1.5 – 2.3 eV = 830 nm – 540

    nm X: I, Br, Cl

  • JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

    CdS/CdTe cell

    W – szerokość obszaru

    zubożonego

    a – współczynnik absorpcji

    LD – średnia droga dyfuzji

    elektronów

    Wydajność kwantowa

    • zależnoś

Search related