Fotovoltaick é články – základní struktura a parametry A5M13FVS- 2

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 W1, po absorpci fotonu je energie W1+ h • interakce s mřížkou – nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty • interakce s volnými elektrony – zvýšení teploty Solar Thermal – generace tepla • interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu • z vazby, vznik volných nosičů náboje Může dojít k vytvoření rozdílu potenciálu – Fotovoltaický jev

3. Absorpce světla matriálem

4. Polovodiče V termodynamické rovnováze(neosvětlený polovodič) Po interakci s fotony sh > Wg n = n0 + Δn , p = p0 + Δp np > ni2 Δn, Δp koncentrace nerovnovážných nosičů(není termodynamická rovnováha) (Δn = Δp, jsou generovány páry elektron-díra )

5. Generace nerovnovážných nosičů náboje vodivostnípás ttermalizace Wc zakázaný pás Wg Wv valenční pás

6. Křemík krystalický amorfní

7. hn (eV) l (nm) Generace nerovnovážných nosičů Celková generace

8. Vhodné materiály Si (c/Si, a:Si) GaAs CuInSe2 amorfní SiGe CdTe/CdS Účinnost generace nosičů závisí na šířce zakázaného pásu

9. Rekombinace nerovnovážných nosičů τje doba života nerovnovážných nosičů zářivá rekombinace Augerova rekombinace rekombinacepomocí lokálních center Výsledná doba života nosičů

10. Koncentrace nerovnovážných nosičů S gradientem koncentrace nosičů je spojen difúzní proud Dn= kTμn/e Dp = kTμp/e Rovnice kontinuity Obvykle jeτn = τp = τ V dynamické rovnováze difúzní délka elektronů difúzní délka děr Rozložení koncentrace nosičů je mono stanovit řešením rovnice kontinuity za vhodných okrajových podmínek

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

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 JPVje 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 Jp – hustota proudu generovaná ve vrstvě typu N Jn - hustota proudu generovaná ve vrstvě typu P JOPN- hustota proudu generovaná v OPN

15. V ozářené oblasti přechodu PN: Superpozice generovaného proudu a proudu (neozářeného) přechodu PN I neozářený intenzita záření I UOC U U IPV ozářený ISC

16. V-A charakteristika fotovoltaického článku a její důležité body Parametry UOC, ISC, Ump, Imp, Pm= UmpImp ( STC: 25°C , 1 kW/m2, AM= 1,5) Činitel plnění Účinnost článku

17. V-A charakteristika fotovoltaických článků V-A charakteristika neosvětleného přechodu PN diodové faktory 1 ≤ ς1< 2, ς2 ≥ 2 Paralelní odpor Rp Sériový odpor RS Aill – ozářená plocha A - celková plocha I01 = AJ01 I02 = AJ02 Napětí na článkuU = Uj- RsI

18. Vliv parazitních odporů (Rs a Rp) Pokud Rpje vysoký Pokud U U

19. Sériový odpor ovlivňuje závislost účinnosti na intenzitě záření 19

20. Vliv teploty na VA charakteristiku I (A) I01 ~ Je proto V(mV) Pro c-Si fotovoltaické články poklesUOC je okolo 0.4%/K Pm (W) Rsroste s rostoucí teplotou Rpklesá s rostoucí teplotou Činitel plnění FF a účinnost s rostoucí teplotou klesají V případě c-Si temperature (°C)

21. FV článek (modul) s nízkým Rs FV článek (modul) s vysokým Rs 21

22. ztráty elektrické optické rekombinací • odrazem • zastíněním • neabsorbované záření • oblast emitoru • oblast báze • povrch • sériový odpor • paralelní odpor • K dosažení maximální hodnotyJPVje třeba • maximální generace G • minimální ztráty 22

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 xjby měla být menší, než 0.5 μm (0.2 m je žádoucí).

24. Antireflexní vrstva V případě monochromatického záření, minimálníodrazRminnastáváje-li optická dráha rovna čtvrtině vlnové délky . Je tedy třeba, aby Index lomu Si Tenká vrstva sn1 2 je potřebnápro články z c-Si (Si3N4nebo TiO2, d  75 nm).

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

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

27. Sériový odpor Rs ovlivňuje silně paramety FV článku Sériový odporRssestává z: ·R1 – kontakt kov-polovodič na zadním kontaktu ·R2 – odpor materiálu báze ·R3 – laterální odpor vrstvy typu N · R4 – kontakt kov-polovodič ·R5 – odpor „prstu“ sběrnice ·R6 – odpor hlavní sběrnice

28. R3 – příčný odpor mezi dvěma sběrnými kontakty SníženíρN je spojeno se zvýšenim ND Augerova rekombinace roste Zmenšení vzdálenosti kontaktůdmá za následek zmenšení ozařované plochyAill Optimalizace xjje důležitá i z hlediska elektrických ztrát

29. Základní typy článků: Články z krystalického Si Tenkovrstvé články