KEE/SOES 10. přednáška Moderní technologie FV článků Umělá fotosyntéza Ing. Milan Bělík, Ph.D.
Moderní technologie FV článků Polykrystalický křemík Křemík - tenké vrstvy Jiné polovodiče Fluorescentní kolektory Organické sloučeniny
1. generace FV monokrystal Si, polykrystal Si 2. generace FV tenké vrstvy amorfního nebo mikrokrystalického Si 3. generace FV překročení Shockley – Queisserovy hranice (přeměna přebytku energie fotonu na teplo)
Monokrystalický křemík Snaha o úsporu materiálu Řezání tenčích desek (z 0,3 na 0,1mm) Rozvoj alternativních technologií Tažení destiček skrz štěrbinu (EFG Shott Solar) Tažení destiček mezi strunami (Evergreen Solar) Žíhané kuličky - spíš polykrystal (Spheral Solar) Směrové leptání – pásky 0,05x2x100mm (Silver Cells) Nevýhody oproti monokrystalu Horší vodivost na rozhraní krystalů Menší účinnost
Polykrystalický křemík Levnější než monokrystal Jednodušší technologie Odpadá Czochralskiho proces Výhody podobné monokrystalu: Vhodná šířka zakázaného pásma Dostupný Nejedovatý Stály Nevýhody oproti monokrystalu Horší vodivost na rozhraní krystalů Menší účinnost
Levnější než monokrystal???? Levnější technologie FV trh - větší poptávka než nabídka
Tenké vrstvy tenké vrstvy amorfního Si tenké vrstvy mikrokrystalického Si Úspora materiálu (100x méně Si) Drahé technologie (vakuové depozice) Nižší účinnost (pod 10%) Podobné náklady na jednotku výkonu jako 1. generace V současnosti cca 5% produkce
Vakuové nanášení vrstev elektricky kvalitní Pomalé - snaha o vyšší rychlost (10nm/s) vysokotlaký ochuzený režim HPD Nanášení z roztoků Roztok cyklopentasilanu Následné žíhání na amorfní nebo polykrystalický Si
Články třetí generace Tandemové články Články s vícenásobnými pásy Generace více párů elektron-díra Termofotovoltaická přeměna Termofotonická přeměna Články s kvantovou jámou Články s horkými nosiči Prostorově strukturované články Organické články
Shockley-Queisserova hranice Teoretická účinnost 32% Minimální a maximální energie fotonu Ztráty energie záření Jednovrstvé články Generace více párů jedním fotonem Násobení náboje v nanokrystalech CdS, SdSe – kvantová výtěžnost 700% (90% E fotonu) Vícevrstvé struktury GaInP2 – Eg = 1,89eV GaAs – Eg = 1,42eV Ge – Eg = 0,67eV
Trojitý tandemový článek
Šestinásobný tandemový článek
Články s kvantovou jámou Quantum well SC (1990 – Barnham, Duggan) Vícevrstvá struktura s heterogenními přechody Podobné tandemovým článkům Napětí řízeno spodními strukturami GaAsP, InGaAs – 2% Články s horkými nosiči Využití „horké“ energie před „schladnutím“ elektronu Kontakty = rezonanční „tunely“
Fluorescentní kolektory Vysoká optická absorpce Krystalický křemík Úspora materiálu Využití stávajících technologií
Organické články Polymery + anorganické sloučeniny Polythiofen/TiO2 Nanostruktura – velká efektivní plocha Malá účinnost – 12% Vysoká cena – 8 Euro/Wp
Umělá fotosyntéza Příroda – hlavní zdroj energie Noční a denní fáze
Umělá fotosyntéza Produkce vodíku a kyslíku jen za přítomnosti světla Následné využití v palivových článcích Reakční centra Světlosběrný komplex