Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice1 Moderní trendy ve fotovoltaice RNDr. Jiří Olejníček, Ph.D. Fyzikální ústav AVČR, Na Slovance 2, Praha 8,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice1 Moderní trendy ve fotovoltaice RNDr. Jiří Olejníček, Ph.D. Fyzikální ústav AVČR, Na Slovance 2, Praha 8,"— Transkript prezentace:

1 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice1 Moderní trendy ve fotovoltaice RNDr. Jiří Olejníček, Ph.D. Fyzikální ústav AVČR, Na Slovance 2, Praha 8, , Česká republika University of Nebraska at Kearney, 905 W 25th Street, Kearney, NE 68849, USA

2 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice2 Co to je solární energie? Celkový zářivý výkon Slunce: 3,85·10 23 kW z toho na Zemi připadá: 0, % což odpovídá výkonu: 1,744·10 14 kW Energetická hustota záření ve vzdálenosti 150 miliónů km: 1,37 kW/m 2 Celkový výkon všech elektráren na světě: ~ 1·10 10 kW Pokrytí přibližně 1% světových pouští solárními panely s účinností 15% poskytne více elektrické energie než všechny současné elektrárny světa!

3 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice3 Absorpce světla v atmosféře AM0 (air mass) - spektrum slunečního záření v kosmickém prostoru ve vzdálenosti 150 miliónů kilometrů od Slunce bez ovlivnění atmosférou ±7 W/m 2. (v grafu žlutě) AM1.5 – modelové spektrum sluneč- ního záření po průchodu bezoblačnou atmosférou. Energetická hustota tohoto spektra je 1 kW/m 2, v reálu ale silně závisí na průhlednosti atmosféry. Celkový teoreticky využitelný výkon slunečního záření tak odpovídá spektru AM1.5. (v grafu červeně) AM1 - Pokud je slunce přímo v zenitu, ve výšce devadesáti stupňů, prochází sluneční záření nejmenší možnou vrstvou vzduchu. Takové spektrum se označuje jako AM1.

4 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice4 Mapa slunečního záření Průměrný denní sluneční výkon [W/m 2 ]

5 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice5 Využití solární energie ve světě StátMWpPodíl 1Německo403,745% 2Španělsko245,428% 3USA141,316% 4Itálie16,92% 5Japonsko16,52% 6Korea13,3<2% 7Portugalsko11,8<2% 8Nizozemí9,01% 9Švýcarsko5,1<1% 10Belgie2,9<1% 11Austrálie2,2<1% 12Čína1,7<1% 13Rakousko1,5<1% 14Česká republika1,4<1% 15Filipíny1,1<1%

6 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice6 Největší solární elektrárny na světě Místo (Stát)MWpRok 1Jumilla (Španělsko) Beneixama (Španělsko) Nellis, NV (USA) Salamanca (Španělsko)13, Lobosillo (Španělsko)12, Erlasee (Německo) Serpa (Portugalsko) Brandis (Německo)10, Pocking (Německo) Milagro (Španělsko) ??Bušanovice (ČR)1,362007

7 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice7 Princip sluneční elektrárny Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu objeveného roku 1839 Alexandrem Edmondem Becquerelem. Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron- díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo ke spotřebiči. Fotovoltaika patří k nejperspektivnějším alternativním zdrojům energie. Očekává se, že během relativně krátké doby budou fotovoltaické panely vyrábět dvacetinu až desetinu celosvětové potřeby elektřiny. Nepřímá přeměna je založena na získání tepla pomocí slunečních sběračů. V ohnisku sběračů bývají umístěny absorbéry obsahující olej, ze kterého se ve výměníku získává horká pára, která pak pohání turbínu. Jiné uspořádání využívá termočlánky, které mění teplo v elektřinu. Termoelektrická přeměna spočívá na tzv. Seebeckově jevu (v obvodu ze dvou různých drátů vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají různou teplotu). Je možné též využít chemickou energii a pomocí záření rozkládat vodu na vodík a kyslík. Tím se původní energie záření uskladní jako energie chemická do obou plynů.

8 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice8 Fotovoltaický článek Fotovoltaický článek je v velkoplošná polovodičová dioda, na jejíž přechod PN může dopadat světlo. Základem je plátek krystalického křemíku typu P (s příměsí bóru). Na spodní straně se difuzí fosforu nebo arsenu vytvoří vrstva polovodiče typu N. Mezi oběma vrstvami vznikne přechod PN, zabraňující volnému přechodu elektronů z místa jejich nadbytku do místa jejich nedostatku. Na přechodu PN se vytvoří elektrická bariéra. Základní vlastností přechodu PN je, že volné elektrony mohou snadno přecházet z vrstvy P do vrstvy N, zatímco v opačném směru nikoli.

9 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice9 Fotovoltaický článek Schéma a SEM snímek Si – článku.Schéma a SEM snímek CIGS – článku.

10 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice10 Účinnost fotovoltaických článků Typ článkuÚčinnost Organické polymery6,5 % Amorfní křemík – průmyslová výroba8,2 % CuInGaSe 2 – průmyslová výroba13,4 % CuInSe 2 – laboratorní články14,1 % Polykrystalický Si – průmyslová výroba~ 16 % CuInAlSe 2 – laboratorní články16,9 % CuInGaSe 2 – laboratorní články19,5 % Si monokrystal – laboratorní články26,8 % GaInP/GaAs/Ge – vícepřechodové články42,8 %

11 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice11 Požadavky na moderní články vysoká účinnost (řádově alespoň 20 %) jednoduchý výrobní proces umožňující vyrábět relativně velké panely nízká cena použitého materiálu dlouhá životnost (dnes kolem 30 let) Nízká cena vyrobené energie

12 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice12 Solární články na bázi CuInSe 2 ÚčinnostZakázaný pásPoměr X/(In+X) CuInSe 2 (CIS)14,1%1,04 eV0,00 CuIn 1-x Ga x Se 2 (CIGS)19,5%1,14 eV0,26 CuIn 1-x Al x Se 2 (CIAS)16,9%1,15 eV0,13 CuIn 1-x B x Se 2 (CIBS)???

13 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice13 Výroba článků Cu(InX)Se 2 Magnetronové naprašování: AJA International ATC 1600 Sputtering System skleněný substrát pokrytý tenkou vrstvou Mo jako spodní kontakt tři nezávislé targety vyrobené z Cu, In a Ga (Al, B) Cu,In,Ga,Al – DC rozprašování B – RF rozprašování tlak: 1·10 4 Pa výsledné vzorky nm

14 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice14 Výroba článků Cu(InX)Se 2 Selenizace: vakuová selenizační aparatura s infračervenou pecí dvoufázový selenizační proces: 1. vlastní selenize vzorku 2. žíhání vzorku celkový čas: ~ 60 min tlak: ~ 1 Pa případně 1 Atm. Ar (žíhání) teplota: 250°C (selenizace) 500°C (žíhání)

15 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice15 Výroba článků Cu(InX)Se 2 Grafitový kontejner. Vzorky CuInB. Různé barvy odpovídají různým poměrům B/In. Infračervená vakuová pec. Selen t t = 221°C Teplotní profil selenizačního procesu

16 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice16 Růst vrstev Cu(InX)Se 2 CuInB před selenizací 300  250 µm CIBS (250°C, 20 min)CIBS (300°C, 20 min) CIBS (380°C, 20 min)CIBS (480°C, 20 min)CIBS (580°C, 20 min) 300  250 µm

17 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice17 Analýza vrstev – rentgenová difrakce Model krystalu chalkopyritu CuIn(X)Se 2 a pohled na plochu (112) Se – velké bílé koule In – malé bílé koule Cu – malé černé koule 300  250 µm Krystalky CuInSe 2

18 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice18 Rentgenová difrakce CuInSe 2 CuGaSe 2 CuAlSe 2 CuBSe 2

19 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice19 Ramanova spektroskopie Ramanova spektroskopie je spektroskopická metoda měřící spektrum elektromagnetického záření rozptýleného díky Ramanově jevu. Ramanův jev (neelastický rozptyl) způsobuje, že rozptýlené záření má nepatrně odlišnou vlnovou délku od vstupujícího záření díky účasti vibračních přechodů v energetických stavech molekuly. Ramanova spektroskopie poskytuje informace o struktuře a prostorovém uspořádání molekuly a poskytuje v zásadě doplňkové informace k IR spektroskopii.

20 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice20 Auger electron spectroscopy … je metoda studia povrchu vzorků měřením energetického spektra elektronů vyražených z vnitřních orbit atomu. K vyražení elektronů se používá paprsku vysokoenergetických elektronů. Podle energetického spektra emitovaných elektronů lze charakterizovat příslušný atom. Cu Se B Mo In Energie vyraženého elektronu: E A =(E K -E L1 )-E L2,3

21 Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice21 Výsledky a závěr Ukazuje se, že výroba solárních článků s absorpční vrstvou CuInBSe2 bude výrazně komplikovanější než se očekávalo. V současné době probíhají v laboratořích UNL experimenty s magnetronovou depozicí CuInB přímo v přítomnosti selenových par. Zároveň probíhá v mnoha světových laboratořích intenzivní výzkum křemíkových solárních článků. Jako velmi perspektivní se jeví fotovoltaické články z organických polymerů. Od roku 2005 se podařilo jejich účinnost více jak zdvojnásobit z 3% na současných 6,5%.


Stáhnout ppt "Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice1 Moderní trendy ve fotovoltaice RNDr. Jiří Olejníček, Ph.D. Fyzikální ústav AVČR, Na Slovance 2, Praha 8,"

Podobné prezentace


Reklamy Google