Monoteralised päikesepatareid Taavi Raadik 10.04.2008

Juttu tuleb Ajalugu Päikese patarei Monoteraline päikesepatarei Skeem Valmistamine Plussid miinused

Ajalugu 1839 Becquerel avastas fotovoolu efekti. 1884 sama efekti demostreeriti seleeniga kasutegur alla ~1% 1905 Einstein suutis ära seletada fotoelektrilise efekti ja 1921 sai Nobeli preemia 1941 esimene räni baasil päikesepatarei 1954 firma Bell laboratooriumis loodi räni päikeseelement kasuteguriga η~6% Tänaseks on ühendpooljuht päikesepatareide kasutegur juba ~20%

Päikese patarei Seade mis kasutades ära fotoelektrilist efekti muundab päikese valguse elektrivooluks. Fotoefekt seisneb elektronide välja löömist metalli pinnast valguse toimel. Lihtsamais vormis sisaldab päikesepatarei üleminekut, mis koosneb kahest erinevat tüüpi pooljuhist: p-tüüpi ja n-tüüpi. Seda nim. p-n siirdeks. Kui need pooljuhid on ühest materjalist, siis on tegemist homogeense üleminekuga. Kui tegemist on erinevate pooljuht-materjalidega, siis heterogeense üleminekuga.

Päikese patarei Valguse toimel muutub pooljuhi takistus- sisemine fotoefekt! Lisanditega on võimalik pooljuhi juhtivustüüpi muuta: n-tüüpi ja p-tüüpi pooljuhid n-tüüpi pooljuht on legeeritud doonoritega, seal on ülekaalus negatiivsed laengukandjad ehk elektronid p-tüüpi pooljuht on legeeritud akseptoritega, seal on ülekaalus positiivsed laengukandjad ehk augud. Keelutsooni laius on erinevatel pooljuhtidel erinev Tuntumad pooljuhid on räni, germaanium, lisaks mitmed sulfiidid, oksiidid...

Päikese patareid Keelutsooni laius Eg E Juhtivustsoon Doonortasemed- n-tüüpi pooljuht Keelutsooni laius Eg Aktseptortasemed- p-tüüpi pooljuht Valentstsoon

- + Päikesepatarei p-tüüp EF n-tüüp Kui asetada p-tüüpi ja n-tüüpi pooljuhid kokku, siis nende fermi nivood ühtlustuvad. See põhjustab tsoonide paindumise. Kui pooljuhtmaterjali keelutsoonist suurema energiaga footon absorbeeritakse selle materjali poolt, siis tekib vaba elektron ja auk paar. Kontsentratsioonide erinevus sunnib siis auke difundeeruma p-tüüpi materjali poole n-tüüp

Päikese patarei

Monoteralised päikesepatareid Peamine koosts on Cu2SnZnSe4 (S4) mida kasutatakse absorber materjalina In asendati SnZn-ga Nelikul on kõrge neeldumise koefitsent ja hea optiline keelutsoon. In asendati SnZn-ga tänu tema hinna mitmekordistumisele maailmaturul Mitmekihilises päikeseelemendis kantakse p-tüüpi absorberkihile õhuke n-tüüpi CdS-i kiht. CdS kasutatakse fotoelemendis puhverkihina, mis sobitab kahe erineva materjali CuInSe2 ja ZnO võreparameetreid ja kaitseb absorberkihti järgneva ZnO tolmutamisprotsessi (ingl.k. sputtering) kristalle rikkuvate mõjude eest. Monoterapulber kujutab endast kitsa granulomeetriaga pulbrit, mille iga üksik tera on väike monokristall. Monoterapulbreid saadakse isotermilisel kasvatamisel sulandaja vedelfaasis, mida kasvutemperatuuril on nii palju, et üksikterad on üksteisest eraldatud. Pulbertehnoloogia paistab silma tänu oma suhtelisele odavusele. Meetod võimaldab lihtsalt muuta materjalide optoelektroonseid omadusi ja seega toota soovitud omadustega materjale. Monoterapulbrite baasil on võimalik valmistada monoterakihte, mis koosnevad ühe tera paksusest pulbrikihist mingis polümeeris.

Monoteralised päikesepatareid CdS – 50 nm

Monoteralised päikesepatareid Senised efektiivsuse rekordid CuInSe2 - 9,5% CuZnSnSe - 7% Kaetavusega 60 %

Monoteralised päikesepatareid

Plussid ja miinused Odavus- pulber tehnoloogia ei vaja suuri kulusi ja kaod on väikesed Võimalus teha painduvaid patareisid Võimalus materjali ära kasutada 100 % Terad peaks olema ühe suurused Suur materjali kulu absorberkiht ~50 μm, valgus neeldub kuskil 1μm juures seega töötav vaid pealmine kiht Pinnast on rakendatud vaid ~60 %

Tänan tähelepanu eest!