Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

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

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Χαλκοπυριτικές ομοκυψέλες: η επανάσταση στα φωτοβολταϊκά λεπτών υμενίων ΘΕΟΔΩΡΟΥ ΜΑΡΙΑ 8 ο ΕΞΑΜΗΝΟ υπεύθυνη καθηγήτρια:κ. Δήμητρα Παπαδημητρίου."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

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

2 Εναλλακτικές μορφές ενέργειας  Αιολική ενέργεια  Γεωθερμική ενέργεια  Βιόμαζα  Ηλιακή ενέργεια Χρήση φωτοβολταϊκών

3 Τί γίνεται στον ήλιο?  6*10 11 kg H 2  He Κάθε sec!!!  Απώλεια μάζας  4*10 3 Κg δηλαδή 4*10 20 j  Ένταση της ακτινοβολίας στη μέση απόσταση γης- ήλιου:1353 W/m 2 Ενέργεια φωτονίων ήλιου:0.5-5 eV (0.2-3 μm)

4 Ιστορική αναδρομή  1839: Alexander-Edmond Becquerel- φωτοηλεκτρικό φαινόμενο  1954:Chapin, Fuller, Pearson δίοδος επαφής Si  TFSCs:Cu 2 S/CdS/n=10%  1980:υμένια a:Si-H  GaAs/InP  CdTe  Κυψέλες Χαλκοπυριτών

5 Η κατανομή των PV υλικών

6 Ημιαγωγοί-επαφή p/n  Ηλεκτρική αντίσταση: Ω  Ενεργειακό χάσμα: 0-4 eV  Συντελεστής απορρόφησης : α (cm -1 ) Ένταση ρεύματος φωτονίου: I ν (x)=I νο e -ax

7 IV Δομή διαμαντιού Si,Ge III-V Δομή σφαλερίτη GaAs,InP II-IV-V2 Δομή χαλκοπυρίτη ZnGeAs2 II-VI Δομή σφαλερίτη ZnSe,CdS I-III-VI2 Δομή χαλκοπυρίτη CuInSe2,CuGaSe2,CuInS 2

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

9 Φωτοβολταϊκό φαινόμενο και λειτουργία φωτοκυψέλης  φωτορεύμα I L  I F= I s (exp(eV/kT)-1)  I=I L – I F  R=0  V=0  I=I SC = I L  R= ∞  I=0  I=I L – I S (exp(eV OC /kT)-1)  V OC =V t ln(1+I L/ I s )  V t =kT/e

10 Χαρακτηριστική I-V φωτοκυψέλης επαφής p-n  Συντελεστής απόδοσης n Max τιμή: n=P m /P in 100%  n= I m V m /P in 100%  Συντελεστής πλήρωσης ff I m V m /I sc V oc

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

12 Χαλκοπυρίτες ως απορροφητές

13 Ιδιότητες  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-

14 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 στη διεπιφάνεια/αποφυγή μείωσης φράγματος επανασύνδεσης Ε b Spikes: ΔΕ c >0 (ΔΕ c <0.3) → ΕΥΝΟΕΙ ΤΗΝ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ Cliffs: ΔΕ c <0  Αύξηση του Eg του απορροφητή-μετατόπιση ζώνης σθένους Επίστρωση ενώσεων τύπου CuGa 3 Se 5 ή CuGa 5 Se 8 (Ordered-Vacancy Compounds, OVCs) Αύξηση συγκέντρωσης θείου  Doping επιφάνειας απορροφητή  ομοεπαφή Δεν αυξάνει το φράγμα Ε b = Ε g - ΔΕ c Μείωση φωτορεύματος

15 Ελαχιστοποίηση επανασύνδεσης φορέων στη διεπιφάνεια για τις CIGS ετεροκυψέλες

16 Συντελεστές απόδοσης CIGS Scs [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.

17 Αξιολόγηση CIGS κυψελών μικρού Εg  ZnO/CdS/CuInSe 2 a= cm -1 Αναστροφή διεπιφάνειας Προσθήκη Ga → Cu(In,Ga)Se 2  Εg~1.2 eV (30% Ga)  Μέγιστο n= 19.2 % [*] Δυσκολία κατάργησης ενδιάμεσης στρώσης- μετατόπιση ζώνης CuInSe 2 /ZnO Cu(In,Ga)Se 2 /ZnO (cliff στο ZnO) *Prog. Photovolt: Res. Appl. 11 (2003) 225–230

18 Αξιολόγηση CIGS κυψελών μεγάλου Εg  ZnΟ/CdS/CuInS 2 ή CuGaSe 2 H μετατόπιση ζώνης (band- offset) δεν ευνοεί αναστροφή διεπιφάνειας Cliff  μείωση φράγματος επανασύνδεσης Ε b V oc (0 K)= Ε b /q  Cu(In,Ga)S 2 qΔV oc ≥ΔΕg αν Ε g >1.6 eV  CuInS 2 /ZnO n= 6% Χωρίς ενδιάμεση στρώση (buffer-layer free)

19 n-τύπου αγωγιμότητα στο Ge- doped CuGaSe 2 Ετεροκυψέλες CuGaSe 2  n=9.7% (μονοκρυσταλλικό) & n=9.3% (λεπτό υμένιο) Δυσκολία n-doping  αυτοαντιστάθμιση (self compensation) πλεγματικά κενά V Cu Λύση: Εμφύτευση ιόντων (ion implantation) Ge ή Zn

20 Διαδικασία εμφύτευσης ιόντων  1.Aνάπτυξη μονοκρυστάλλων CuGaSe 2 CVT Κυρίαρχος αποδέκτης: V Cu  2.Θερμική ανόπτηση (Thermal annealing) μειώση συγκέντρωσης αποδεκτών (10 18  cm -3 )  3.Εμφύτευση ιόντων Ge  4. Θερμική ανόπτηση (Thermal annealing) παρουσία Zn Zn Cu Ge δότες n –τύπου αγωγιμότητα Συγκέντρωση δοτών> cm -3

21 Συμπερασματικά  co-doping με Ge/Zn  n-τύπου CuGaSe 2 (Εg=1.7 eV, 300 K)  Δημιουργία ομοκυψελών CuGaSe 2  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

22 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)  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 CuGaSe 2, Appl. Phys. Lett. 75 (19) (1999)  C. Xue, PhD Thesis, NTUA, Athens 2003.


Κατέβασμα ppt "Χαλκοπυριτικές ομοκυψέλες: η επανάσταση στα φωτοβολταϊκά λεπτών υμενίων ΘΕΟΔΩΡΟΥ ΜΑΡΙΑ 8 ο ΕΞΑΜΗΝΟ υπεύθυνη καθηγήτρια:κ. Δήμητρα Παπαδημητρίου."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google