Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Fotovoltaické články – základní struktura a parametry A5M13FVS-2.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Fotovoltaické články – základní struktura a parametry A5M13FVS-2."— Transkript prezentace:

1 Fotovoltaické články – základní struktura a parametry A5M13FVS-2

2 Absorbce světla a generace nosičů náboje Absorpce je způsobena interakcí světla s částicemi hmoty (elektrony a jádry) Je-li energie částice před interakcí W 1, po absorpci fotonu je energie W 1 + h interakce s mřížkou – nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty interakce s volnými elektrony – zvýšení teploty interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu z vazby, vznik volných nosičů náboje Solar Thermal – generace tepla Může dojít k vytvoření rozdílu potenciálu – Fotovoltaický jev

3 Absorpce světla matriálem

4 V termodynamické rovnováze (neosvětlený polovodič) Po interakci s fotony s h > W g n = n 0 + Δn, p = p 0 + Δp ( Δn = Δp, jsou generovány páry elektron-díra ) np > n i 2 Δn, Δp koncentrace nerovnovážných nosičů (není termodynamická rovnováha) Polovodiče

5 vodivostní pás valenční pás zakázaný pás ttermalizace WgWg WcWc WvWv Generace nerovnovážných nosičů náboje

6 Křemík krystalický amorfní

7 Generace nerovnovážných nosičů Celková generace h (eV) (nm)

8 Účinnost generace nosičů závisí na šířce zakázaného pásu Vhodné materiály Si (c/Si, a:Si) GaAs CuInSe 2 amorfní SiGe CdTe/CdS

9 Rekombinace nerovnovážných nosičů zářivá rekombinace τ je doba života nerovnovážných nosičů Augerova rekombinace Výsledná doba života nosičů rekombinace pomocí lokálních center

10 Koncentrace nerovnovážných nosičů S gradientem koncentrace nosičů je spojen difúzní proud D n = kTμ n /e D p = kTμ p /e Rovnice kontinuity V dynamické rovnováze difúzní délka elektronůdifúzní délka děr Rozložení koncentrace nosičů je mono stanovit řešením rovnice kontinuity za vhodných okrajových podmínek Obvykle je τ n = τ p = τ

11 V homogenním polovodiči je elektrická neutralita nevzniká rozdíl potenciálů K separaci nosičů a vytvoření rozdílu potenciálu je třeba silné vnitřní elektrické pole W Fn W Fp W

12 Polovodičové fotovoltaické články Pro vytvoření potřebného rozdílu potenciálu je možno využít struktury s vestavěným elektrickým polem Vhodné struktury jsou: přechod PN heteropřechod (kontakt dvou různých materiálů) struktura PIN

13 Princip funkce fotovoltaického článku V ozářené oblasti jsou generovány nerovnovážné nosiče, které difundují směrem k přechodu PN. Hustota proudu J PV je tvořena nosiči které byly zachyceny oblastí prostorového náboje v oblasti typu N v oblasti typu P v oblasti prostorového náboje přechodu PN

14 Podrobnější informace je možno získat řešením rovnice kontinuity J p – hustota proudu generovaná ve vrstvě typu N J n - hustota proudu generovaná ve vrstvě typu P J OPN - hustota proudu generovaná v OPN

15 I PV ozářený neozářený U I I SC U OC intenzita záření I U V ozářené oblasti přechodu PN: Superpozice generovaného proudu a proudu (neozářeného) přechodu PN

16 V-A charakteristika fotovoltaického článku a její důležité body Parametry U OC, I SC, U mp, I mp, P m = U mp I mp ( STC: 25°C, 1 kW/m 2, AM= 1,5) Činitel plnění Účinnost článku

17 V-A charakteristika fotovoltaických článků Sériový odpor R S Paralelní odpor R p V-A charakteristika neosvětleného přechodu PN A ill – ozářená plocha A - celková plocha I 01 = AJ 01 I 02 = AJ 02 Napětí na článku U = U j - R s I diodové faktory 1 ≤ ς 1 < 2, ς 2 ≥ 2

18 U U Pokud R p je vysoký Pokud Vliv parazitních odporů (R s a R p )

19 19 Sériový odpor ovlivňuje závislost účinnosti na intenzitě záření

20 Vliv teploty na VA charakteristiku I (A) V(mV) P m (W) temperature (°C) I 01 ~ Je proto Pro c-Si fotovoltaické články pokles U OC je okolo 0.4%/K R s roste s rostoucí teplotou R p klesá s rostoucí teplotou Činitel plnění FF a účinnost s rostoucí teplotou klesají V případě c-Si

21 21 FV článek (modul) s nízkým R s FV článek (modul) s vysokým R s

22 22 K dosažení maximální hodnoty J PV je třeba maximální generace G minimální ztráty ztráty optickérekombinací elektrické odrazem zastíněním neabsorbované záření oblast emitoru oblast báze povrch sériový odpor paralelní odpor

23 Optimalizace pozice přechodu PN PN přechod sbírá nosiče generované jak v oblasti typu P tak v oblasti typu N. U článků z c-Si vzdálenost přechodu PN od povrchu x j by měla být menší, než 0.5 μm (0.2  m je žádoucí).

24 V případě monochromatického záření, minimální odraz R min nastává je-li optická dráha rovna čtvrtině vlnové délky. Antireflexní vrstva Je tedy třeba, aby Index lomu Si Tenká vrstva s n 1  2 je potřebná pro články z c-Si (Si 3 N 4 nebo TiO 2, d  75 nm).

25 Texturace povrchu Má-li povrch pyramidovou strukturu, je možné snížit odrazivost na zhruba jednu třetinu oproti rovinnému povrchu. texturised Oba principy (texturaci povrchu a antireflexní vrstva) mohou být kombinovány

26 Ztráty rekombinací Snížit koncentraci rekombinačních center čistota materiálu optimální teploty depozičních procesů pasivace povrchu pasivace hranic zrn (u multikrystalických materiálů) Snížit rychlost mezipásové rekombinace optimalizace koncentrace příměsí v silněji dotovaných vrstvách Snížit rychlost povrchové rekombinace

27 Sériový odpor R s sestává z: ·R 1 – kontakt kov-polovodič na zadním kontaktu ·R 2 – odpor materiálu báze ·R 3 – laterální odpor vrstvy typu N · R 4 – kontakt kov-polovodič ·R 5 – odpor „prstu“ sběrnice ·R 6 – odpor hlavní sběrnice Sériový odpor R s ovlivňuje silně paramety FV článku

28 R 3 – příčný odpor mezi dvěma sběrnými kontakty Snížení ρ N je spojeno se zvýšenim N D  Augerova rekombinace roste Zmenšení vzdálenosti kontaktů d má za následek zmenšení ozařované plochy A ill Optimalizace x j je důležitá i z hlediska elektrických ztrát

29 Články z krystalického Si Tenkovrstvé články Základní typy článků:


Stáhnout ppt "Fotovoltaické články – základní struktura a parametry A5M13FVS-2."

Podobné prezentace


Reklamy Google