1 / 22

Χαλκοπυριτικές ομοκυψέλες: η επανάσταση στα φωτοβολταϊκά λεπτών υμενίων

Χαλκοπυριτικές ομοκυψέλες: η επανάσταση στα φωτοβολταϊκά λεπτών υμενίων. ΘΕΟΔΩΡΟΥ ΜΑΡΙΑ 8 ο ΕΞΑΜΗΝΟ υπεύθυνη καθηγήτρια:κ. Δήμητρα Παπαδημητρίου. Εναλλακτικές μορφές ενέργειας. Αιολική ενέργεια Γεωθερμική ενέργεια Βιόμαζα Ηλιακή ενέργεια Χρήση φωτοβολταϊκών. 6*10 11 kg H 2 He

albany
Télécharger la présentation

Χαλκοπυριτικές ομοκυψέλες: η επανάσταση στα φωτοβολταϊκά λεπτών υμενίων

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Χαλκοπυριτικές ομοκυψέλες:η επανάσταση στα φωτοβολταϊκάλεπτών υμενίων ΘΕΟΔΩΡΟΥ ΜΑΡΙΑ 8ο ΕΞΑΜΗΝΟ υπεύθυνη καθηγήτρια:κ. Δήμητρα Παπαδημητρίου

  2. Εναλλακτικές μορφές ενέργειας • Αιολική ενέργεια • Γεωθερμική ενέργεια • Βιόμαζα • Ηλιακή ενέργεια Χρήση φωτοβολταϊκών

  3. 6*1011 kg H2He Κάθε sec!!! Απώλεια μάζας4*103 Κg δηλαδή 4*1020j Ένταση της ακτινοβολίας στη μέση απόσταση γης-ήλιου:1353 W/m2 Ενέργεια φωτονίων ήλιου:0.5-5 eV(0.2-3 μm) Τί γίνεται στον ήλιο?

  4. 1839: Alexander-Edmond Becquerel- φωτοηλεκτρικό φαινόμενο 1954:Chapin, Fuller, Pearson δίοδος επαφής Si TFSCs:Cu2S/CdS/n=10% 1980:υμένια a:Si-H GaAs/InP CdTe Κυψέλες Χαλκοπυριτών Ιστορική αναδρομή

  5. Η κατανομή των PV υλικών

  6. Ηλεκτρική αντίσταση:10-2-109 Ω Ενεργειακό χάσμα: 0-4 eV Συντελεστής απορρόφησης : α(cm-1) Ένταση ρεύματος φωτονίου: Iν (x)=Iνοe-ax Ημιαγωγοί-επαφή p/n

  7. Θεωρητικός συντελεστής απόδοσης: 85% Πρακτικά :15-20% 2002:single c-Si:n= 24.7% (θεωρητική τιμή 30%) Διάγραμμα n-Eg

  8. Φωτοβολταϊκό φαινόμενο και λειτουργία φωτοκυψέλης • φωτορεύμα IL • IF=Is(exp(eV/kT)-1) • I=IL – IF • R=0V=0I=ISC=IL • R=∞I=0 • I=IL – IS(exp(eVOC/kT)-1) • VOC=Vtln(1+IL/Is) • Vt=kT/e

  9. Συντελεστής απόδοσης n Max τιμή: n=Pm/Pin 100% n= ImVm/Pin 100% Συντελεστής πλήρωσηςff ImVm/IscVoc Χαρακτηριστική I-V φωτοκυψέλης επαφής p-n

  10. Υπόστρωμα Μο (πίσω επαφή) Aπορροφητής CIGS (υμένιο p- τύπου) Υμένιο n-τύπου: Μεταβατική στρώση CdS ‘Παράθυρο’ ZnO/ΙΤΟ Εμπρόσθια επαφή (grid) Δομή CIGS Ετεροκυψέλης

  11. Χαλκοπυρίτες ως απορροφητές

  12. Ομοκυψέλη Παραγωγή φορέων κοντά στην επιφάνεια Σχεδιασμός→πάχος και doping του απορροφητή Αδρανοποίηση (passivation) επιφάνειας Ετεροκυψέλη Παραγωγή φορέων κοντά στην επαφή p-n Μετατόπιση ζωνών (band offset) ΠΡΟΒΛΗΜΑ: Επανασύνδεση φορέων στη διεπιφάνεια ρυθμός επανασύνδεσης: R=np/τ(n+p) → max για n=p AΝΑΓΚΑΙΑ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΔΙΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ→Μετατροπή της επιφάνειας του απορροφητή (τύπου p-) σε τύπου n- Ιδιότητες

  13. Ελαχιστοποίηση επανασύνδεσης φορέων στη διεπιφάνεια για τις CIGS ετεροκυψέλες • Ασύμμετρο doping-αναστροφή διεπιφάνειας → • n+ παράθυρο/p απορροφητής • Κατάλληλο φορτίο διεπιφάνειας Q≥0→ Αύξηση κάμψης ζωνών απορροφητή → Αύξηση αναστροφής διεπιφάνειας • Επίπεδο Fermi κοντά στη ζώνη αγωγιμότητας • Βέλτιστος συνδυασμος ζωνών αγωγιμότητας στηδιεπιφάνεια/αποφυγή μείωσης φράγματος επανασύνδεσης Εb • Spikes: ΔΕc>0 (ΔΕc<0.3) → ΕΥΝΟΕΙ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ • Cliffs: ΔΕc<0 • Αύξηση του Eg του απορροφητή-μετατόπιση ζώνης σθένους • Επίστρωση ενώσεων τύπου CuGa3Se5ή CuGa5Se8(Ordered-Vacancy Compounds, OVCs) • Αύξηση συγκέντρωσης θείου • Doping επιφάνειας απορροφητήομοεπαφή • Δεν αυξάνει το φράγμα Εb= Εg - ΔΕc • Μείωση φωτορεύματος

  14. Ελαχιστοποίηση επανασύνδεσης φορέων στη διεπιφάνεια για τις CIGS ετεροκυψέλες

  15. Συντελεστές απόδοσης CIGSScs [3] 1st World Conference of Photovoltaic Solar Energy Conversion, Hawaii, 1994, pp. 68–75[4] Prog. Photovolt. Res. Appl. 7 (1999) 311–316.[5] Solar Energy Mat. Solar Cells 67 (2001) 159–166.[6] Solar Energy Conference and Exhibition, Barcelona, 1997, pp. 1250–1253.

  16. Αξιολόγηση CIGS κυψελών μικρού Εg • ZnO/CdS/CuInSe2 • a= 3-6 105cm-1 • Αναστροφή διεπιφάνειας • Προσθήκη Ga→ Cu(In,Ga)Se2 • Εg~1.2 eV (30% Ga) • Μέγιστο n= 19.2 % [*] • Δυσκολία κατάργησης ενδιάμεσης στρώσης-μετατόπιση ζώνης • CuInSe2/ZnO • Cu(In,Ga)Se2/ZnO (cliff στο ZnO) *Prog. Photovolt: Res. Appl. 11 (2003) 225–230

  17. ZnΟ/CdS/CuInS2 ή CuGaSe2 H μετατόπιση ζώνης (band-offset) δεν ευνοεί αναστροφή διεπιφάνειας Cliffμείωση φράγματος επανασύνδεσης Εb Voc(0 K)= Εb/q Cu(In,Ga)S2 qΔVoc≥ΔΕg αν Εg>1.6 eV CuInS2/ZnO n= 6% Χωρίς ενδιάμεση στρώση(buffer-layer free) Αξιολόγηση CIGS κυψελών μεγάλου Εg

  18. n-τύπου αγωγιμότητα στο Ge-doped CuGaSe2 • Ετεροκυψέλες CuGaSe2n=9.7% (μονοκρυσταλλικό) & n=9.3% (λεπτό υμένιο) • Δυσκολία n-doping αυτοαντιστάθμιση (self compensation) πλεγματικά κενά VCu Λύση: • Εμφύτευση ιόντων (ion implantation)Ge ή Zn

  19. 1.Aνάπτυξη μονοκρυστάλλων CuGaSe2 CVT Κυρίαρχος αποδέκτης: VCu 2.Θερμική ανόπτηση (Thermal annealing) μειώση συγκέντρωσης αποδεκτών(1018 1015cm-3) 3.Εμφύτευση ιόντων Ge 4. Θερμική ανόπτηση (Thermal annealing) παρουσία Zn ZnCu Ge δότες n –τύπου αγωγιμότητα Συγκέντρωση δοτών> 1015cm-3 Διαδικασία εμφύτευσης ιόντων

  20. Συμπερασματικά • co-doping με Ge/Znn-τύπου CuGaSe2 (Εg=1.7 eV, 300 K) • Δημιουργία ομοκυψελώνCuGaSe2 • Απομάκρυνση ενδιάμεσης στρώσης • Μείωση επανασύνδεσης φορέων διεπιφάνειας στις ετεροκυψέλες • Βελτίωση απόδοσης CIGS μεγάλου Εg • Καλή γνώση της δομής του υλικού • Έλεγχος υλικού κατά τη παρασκευή

  21. Βιβλιογραφία • K. L. Chopra, P. D. Paulson, V. Dutta, ‘Thin-Film Solar Cells: An Overview’, Prog. Photovolt: Res. Appl. 12 (2004) 69–92. • A. Goetzberg, C. Hebling, H.-W. Schock, ’Photovoltaic materials, history, status and outlook, Materials Science and Engineering R 40 (2003) 1–46. • R. Klenk, ‘Characterisation and modelling of chalcopyrite solar cells’, Thin Solid Films 387 (2001) 135-140. • S.Siebentritt, ‘Wide gap chalcopyrites: material properties an solar cells’, Thin Solid Films 403–404 (2002) 1–8. • J. H. Schön, J. Oestereich, O. Schenker, H. Raji-Nejad, M. Klenk, ‘n- type conduction in Ge-doped CuGaSe2, Appl. Phys. Lett. 75 (19) (1999) 2969-2971. • C. Xue, PhD Thesis, NTUA, Athens 2003.

More Related