1 / 26

Наноструктурные гетеросистемы для солнечной фотоэнергетики

Казахстанский Форум энергетиков Power Kazakhstan 2011. Наноструктурные гетеросистемы для солнечной фотоэнергетики О.П.Пчеляков 1) , И.Г. Неизвестный 1) , С.Ж. Токмолдин 2) 1) Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск, Россия

rhona-mooney
Download Presentation

Наноструктурные гетеросистемы для солнечной фотоэнергетики

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. Казахстанский Форум энергетиков Power Kazakhstan 2011 Наноструктурные гетеросистемы для солнечной фотоэнергетики О.П.Пчеляков1), И.Г. Неизвестный1), С.Ж. Токмолдин2) 1) Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск, Россия 2) Физико-технический институт г. Алматы, Республика Казахстан Ноябрь 2011

  2. Главная проблема человечества: дефицит электроэнергии • У более чем 2 миллиардов человек нет никакого доступа к электричеству • К 2050 году людям будет нужно БОЛЕЕ 20 ТВт электроэнергии

  3. ВСЕМУ НА СВЕТЕ ПРИХОДИТ КОНЕЦ! На наших глазах истощаются энергетические ресурсы, накопленные в Земле за сотни миллионов лет: нефть,газ и уголь. Не являются неисчерпаемыми и урановые запасы. Нефтяные вышки и разведочные нефтегазовые платформы шагают с суши в зону континентального шельфа и дальше. Каждый шаг в этом направлении требует всё большей энергии на добычу каждого литра нефти, каждого кубометра газа и тонны угля. Всё чаще учёные и энергетики обращают внимание на восполняемые ЧИСТЫЕ источники энергии: ветер, приливные течения, биомасса и СОЛНЦЕ.

  4. Global Power Generation Forecast Welt im Wandel: Energiewende zurNachhaltigkeit, Springer ISBN 3-540-40160-1

  5. Энергетическая диаграмма взаимодействия солнечного излучения с полупроводником

  6. Ещё в 50х годах прошлого столетия академик А.Ф.Иоффе предложил для более полного использования спектра излучения Солнца использовать расположенные друг над другом полупроводники с различной шириной запрещённой зоны. Верхний П/П в с наибольшей ЗЗ, нижний с наименьшей. Такие системы получили название - «Каскадные фотоэлементы» Солнечный спектр и выделенные части спектра, которые можно использовать для преобразования в электрическую энергию с помощью полупроводниковых элементов: а – кремний, b -Ga0,35In065P/Ga0,83In0,0,17As/Ge AM1,5-100-mW/cm2Air Mass 1.5 spectrum, - на поверхности земли

  7. Пример трёхпереходного солнечного элемента «Эпитаксиальное выращивание таких структур – это ОДНОСТАДИЙНЫЙ, полностью автоматизированный процесс. Расход исходных материалов мало зависит от количества каскадов. Поскольку все фотоактивные области выполняются из «прямозонных» полупроводников, общая толщина структуры всего несколько микрон».

  8. Изготовленные предприятием «Квант» по технологии ФТИ РАН Si батареи проработали на станции «Мир» 15 лет почти без деградации. • В 1839 году Александр Эдмон Беккерель (отец Антуана Беккереля ) открыл фотогальванический эффект. • В 1883 году Чарльзу Фриттсу (Charles Fritts) удалось сконструировать первый модуль с СЭ на основе селена, покрытого тончайшим слоем золота с эффективностью около 1%. • Именно 1883 год принято считать годом рождения эры солнечной энергетики. • В 1921 году Альберт Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за объяснение законов внешнего фотоэффекта. • 1953 Джеральд Персон (Gerald Pearson) – первая СБ на кремнии с p-n переходом • Впервые в СССР солнечные элементы (СЭ) на основе пары AlGaAs/GaAs были получены методом ЖФЭ в 1969 году в ФТИ им. А.Ф.Иоффе под руководством Ж.И. Алфёрова в лабораторииВ.М. Андреева. Квантовая эффективность этих батарей при концентрации солнечного излучения до 20-100 солнц достигала 29, 7 % для спектра АМ0 и 33% для спектра АМ1,5 (после 15 лет работы на КС «МИР» они деградировали менее чем на 30%).

  9. ПРОГРЕСС В ЭФФЕКТИВНОСТИ СБ Nanotechnology for Si-Ge Solar Cell 24% Record solar cell efficiencies for multijunction concentrator cells and other photovoltaic technologies since 1975, as compiled by the National Renewable Energy Laboratory (NREL). (Courtesy of R. McConnell, NREL) 2008

  10. ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ЗОНА Для этой цели было предложено использовать квантовые точки, т.к. регулируя их размер можно получать различно расположенные энергетические уровни для возбуждения носителей заряда светом Для перекрытия значительной части солнечного спектра энергия внутренней зоны и матрицы должны иметь напримерпараметры EL = 0,71 эВEH = 1,24 эВEG = 1,95 эВ

  11. The simplified energy-band structure of solar batterieswith intermediate band [A.Luque and A.Martý, Phys. Rev. Lett.,v. 78, No. 26, 1997] Photovoltaics for the21st century 63% !!! KinManYuandWladekWalukiewiczBerkeleyLab2004 SELF-ORDERED Ge/Si QUANTUM DOTINTERMEDIATE BANDPHOTOVOLTAIC SOLAR CELLS A. M. Kechiantz, K.W. Sun, H.M. Kechiyants, L. M. Kocharyan. Int. Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE 12(32) (2005)

  12. STM images of Si(111)-7×7 surface on initial growth stages of Ge nanoclusters а) 0.02 БС 7х7 нмб) 0.17 БС 14х14 нмв) 0.4 БС 23х23 нм O.P. Pchelyakov, A.I. Nikiforov, B.Z. Olshanetsky, S.A. Teys, A.I. Yakimov and S.I. Chikichev, MBE growth of ultra small coherent Ge quantum dots insilicon for applications in nanoelectronics, Journal of Physics and Chemistry of Solids(2007)

  13. Perspectivenanostructuresonsiliconforphoto-electro-generatorswith GequantumdotsinSi MgF2/ZnS Alcontact Karl Brunner

  14. Quantum efficiency of Si-Ge cells Yakimov A I, Dvurechenskii A V, Kirienko V Vand Nikiforov A I 2005 Phys. Solid State 47 34 Работа проводится совместно с В.В. Калининым, Д.О. Кузнецовым, А.В. Марковым Н.А. Пахановым, О.П. Пчеляковым, А.Б. Талочкиным, Е.Г. Тишковским, И.Б. Чистохиным, и др.

  15. Thermophotovoltaic conversion, with concentrator optics and narrow pass filter

  16. Design of thermo-photovoltaic system

  17. СОЛНЕЧНАЯ ЯЧЕЙКА С ТОЧЕЧНЫМИ КОНТАКТАМИ НА ОБРАТНОЙ СТОРОНЕ ПОДЛОЖКИ Технология разрабатывается сотрудниками ИФПСО РАН при участии НПО «Восток» В.В. Калининым, Д.О. Кузнецовым, Н.А. Пахановым, О.П. Пчеляковым, Е.Г. Тишковским, И.Б. Чистохиным и др.

  18. Back-point-contact Si solar cell

  19. Front surface of Si solar cells (3” float-zone Si wafer)

  20. The cutting and stuck together solar battery

  21. The plan of arrangement of MBE installation at the international space station

  22. Oleg Pchelyakov at al. ISP SB RAS Alex Ignatiev at al. University of Hewston USA www. cam. uh.edu Vladimir Skorodelov at al. NPO “Molniya” Semiconductor Wafer Production Flow Chart MAKS International Space Station Texas Center for Superconductivity and Advanced Materials University of Houston NASA Research Partnership Center Raw Materials Base Wafers Finished Wafers Processing

  23. Fabrication of Solar Cells on the Surface of the Moon from Lunar Regolith • Mechanized Solar Cell Growth Facility – Cell Paver • - ~ 150 - 200 kg • - Evaporation energy from solar thermal collectors • - PV panels for motive/control power • - Continuous lay-out of cells on lunar • surface • - Remotely controlled Alex Ignatiev at al. University of Houston USA www. cam. uh.edu

  24. Installation “Katun”

  25. Спасибо за внимание

More Related