Organiczne ogniwa słonecznes. Tydzień temu. Energia słonecznas



Podobne dokumenty
Organiczne ogniwa słonecznes. Ogniwa półprzewodnikowe. p przewodnikowe zasada ania. Charakterystyki fotoogniwa

Ćwiczenie E17 BADANIE CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH MODUŁU OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH I SPRAWNOŚCI KONWERSJI ENERGII PADAJĄCEGO PROMIENIOWANIA

Rys.2. Schemat działania fotoogniwa.

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Ćwiczenie Nr 1. Pomiar charkterystyk jasnych i ciemnych ogniw słonecznych różnych typów

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii

Złącze p-n. Stan zaporowy

Konfiguracja modułu fotowoltaicznego

Sensory organiczne. Tydzień temu. Czujniki kształtu tu i nacisku

Fotoelementy. Symbole graficzne półprzewodnikowych elementów optoelektronicznych: a) fotoogniwo b) fotorezystor

BADANIA MODELOWE OGNIW SŁONECZNYCH

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Organiczne diody świecące ce (OLED) Tydzień temu. OLED technologia na dziś

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

IV. Wyznaczenie parametrów ogniwa słonecznego

SOLARNA. Moduły fotowoltaiczne oraz kompletne systemy przetwarzające energię słoneczną. EKOSERW BIS Sp. j. Mirosław Jedrzejewski, Zbigniew Majchrzak

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Energia emitowana przez Słońce

L E D light emitting diode

Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych.

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

Wyznaczanie parametrów baterii słonecznej

MATERIAŁY I WIELOWARSTWOWE STRUKTURY OPTYCZNE DO ZASTOSOWAŃ W FOTOWOLTAICE ORGANICZNEJ (WYBRANE ZAGADNIENIA MODELOWANIA, POMIARÓW I REALIZACJI)

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Elementy optoelektroniczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Część 1. Wprowadzenie. Przegląd funkcji, układów i zagadnień

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Projektowanie systemów PV. Produkcja modułu fotowoltaicznego (PV)

Widmo promieniowania elektromagnetycznego Czułość oka człowieka

Przejścia optyczne w strukturach niskowymiarowych

Ćwiczenie 134. Ogniwo słoneczne

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Temat ćwiczenia. Pomiary oświetlenia

Tranzystor. C:\Program Files (x86)\cma\coach6\full.en\cma Coach Projects\PTSN Coach 6 \Elektronika\Tranzystor_cz2b.cmr

Badania i rozwój technologii ogniw PV

Badanie ogniwa fotowoltaicznego

Produkcja modułu fotowoltaicznego (PV)

Wzbudzony stan energetyczny atomu

WŁAŚCIWOŚCI FOTOWOLTAICZNE MIESZANIN AZOMETIN Z POLIMERAMI TIOFENOWYMI.

Ć W I C Z E N I E N R E-19

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

JEDNO- I DWUWARSTWOWE ORGANICZNE OGNIWA FOTOWOLTAICZNE

WYZNACZENIE STAŁEJ PLANCKA NA PODSTAWIE CHARAKTERYSTYKI DIODY ELEKTROLUMINESCENCYJNEJ

LABORATORIUM OPTOELEKTRONIKI

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

Badanie ogniw fotowoltaicznych

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Rozszczepienie poziomów atomowych

Fotowoltaika i sensory w proekologicznym rozwoju Małopolski

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

6. Emisja światła, diody LED i lasery polprzewodnikowe

Kwantowa natura promieniowania

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

Prof. dr hab. Danuta Wróbel Poznań, r. Instytut Fizyki Wydział Fizyki Technicznej Politechnika Poznańska

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Wybrane elementy optoelektroniczne. 1. Dioda elektroluminiscencyjna LED 2. Fotodetektory 3. Transoptory 4. Wskaźniki optyczne 5.

Ćwiczenie Nr 5. Badanie różnych konfiguracji modułów fotowoltaicznych

Elektronika z plastyku

MOBILNE STANOWISKO DO BADAŃ EFEKTYWNOSCI MODUŁÓW PV.

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Struktura pasmowa ciał stałych

Diody LED w samochodach

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński

1 Źródła i detektory. V. Fotodioda i diody LED Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody i diod LED.

V. Fotodioda i diody LED

fotowoltaika Katalog produktów

Badanie baterii słonecznych w zależności od natężenia światła

Ćwiczenie 1 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

wymiana energii ciepła

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej

Badanie charakterystyki diody

INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 10-PV MODUŁ FOTOWOLTAICZNY

Badanie zależności energii generowanej w panelach fotowoltaicznych od natężenia promieniowania słonecznego

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNE

Badanie ogniw fotowoltaicznych

Urządzenia półprzewodnikowe

Przejścia promieniste

W książce tej przedstawiono:

BADANIE PROMIENIOWANIA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

Przewodność elektryczna półprzewodników

Wykład VIII. Detektory fotonowe

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Fotodetektor. Odpowiedź detektora światłowodowego. Nachylenie (czułość) ~0.9 ma/mw. nachylenie = czułość (ma/mw) Prąd wyjściowy (ma)

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Organiczne tranzystory polowe. cz. I. Poprzednio. Złącze

FOTOWOLTAIKA KATALOG PRODUKTÓW

Transkrypt:

Elektronika plastikowa i organiczna Organiczne ogniwa słonecznes Tydzień temu 1. W diodach LED wykoanaych z półprzewodników nieorganicznych rekombinacja promienista zachodzi w obszarze złącza 2. W jednowarstwowych OLED rekombinacja promienista zachodzi w całej objętości 3. Wydajność OLED zaleŝy od ruchliwości nośników w warstwie organicznej 4. W sąsiedztwie elektrod metalicznych następuje zmniejszenie wydajności fluorescencji 5. Zastosowanie dodatkowej warstwy PEDOT:PSS zwiększa wydajność procesu wstrzykiwania dziur i zmniejsza chropowatość elektrody ITO 6. Zastosowanie kompleksów zawierających metale cięŝkie zwiększa wydajność OLED 7. Zastosowanie kopolimerów pozwala na precyzyjny dobór poziomów energetycznych 8. Technologia organicznych diod świecących wyszła juŝ z etapu laboratoryjnego Energia słonecznas Stała słoneczna: 1366,1 W/m² - tyle energii słonecznej dociera do Ziemi 30% z tego jest odbijane 20% pochłonięte w atmosferze do powierzchni Ziemi dociera średnio 180 W/m² Rozkład nie jest równomierny: na terenie Polski 1100kWh/(m 2 rok) Rośliny 0,01% energii wykorzystywane w procesie fotosyntezy Reszta ogrzewa atmosferę i powierzchnię Ziemi i jest bezpowrotnie tracona na promieniowanie podczerwone emitowane w kosmos

Wykorzystanie energii sł słonecznej Zwierciadło Archimedesa 510 r p.n.e. Koncentrator Augustina Mouchota, ParyŜ 1880 rok Wykorzystanie energii sł słonecznej Domowe systemy ogrzewania wody za pomocą kolektorów słonecznych System ogrzewania wody uŝytkowej System ogrzewania wody i CO Wykorzystanie energii sł słonecznej

Alternatywy? Fotoogniwa nieorganiczne Budowa i zasada działania: wykreowane blisko złącza p-n ekscytony ulegają dysocjacji pod wpływem pola elektrycznego złącza - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - V elektroda półprzepuszczalna warstwa antyodbiciowa półprzewodnik typu n półprzewodnik typu p metal (Al.) Ogniwa fotowoltaiczne - trochę historii 1839 odkrycie zjawiska fotovoltaicznego Alexandre-Edmond Becquerel 1883 pierwsze ogniwo słoneczne (selen pokryty cienką warstwą złota) ~ 1% wydajności 1946 opatentowanie współczesnego ogniwa słonecznego 1953 obserwacja zjawiska fotovoltaicznego w domieszkowanym krzemie 1970 pierwsze fotoogniwo bazujące na arsenku galu Wzrost wydajności komercyjnych ogniw słonecznych: rok 1988 17% (GaAs pojedyncze złącze) rok 1993 20% (pierwsze ogniwa GaAs z podwójnym złączem) rok 2000 24% (pierwsze ogniwa GaAs z potrójnym złączem) rok 2007 30% najlepsze ogniwa GaAs (potrójne złącze)

j Wydajności typowych nieorganicznych ogniw słonecznychs Ogniwa półprzewodnikowe p przewodnikowe zasada działania ania Typowe charakterystyki I-UI Typowa charakterystyka prądowo-napięciowa oświetlonego fotoogniwa A V Schemat układu pomiarowego U prąd zwarcia I Sc napięcie w obwodzie otwartym U oc

j Charakterystyki fotoogniwa współczynnik wypełnienia, wydajność Moc w obwodzie zewnętrznym: P=U*I Współczynnik wypełnienia P 2 P Pmax 1 U Wydajność: Widmo promieniowania słonecznegos AM1.0 (zenit) AM1.5 ~ 48 O AM2.0 60 O Zgodnie z normą (ISO 9845-1:1992) standard AM1.5 odpowiada rozkładowi widma słonecznego padającego pod kątem 48 O o strumieniu 1000W/m 2 Charakterystyki fotoogniwa zewnętrzna wydajność kwantowa Zewnętrzna wydajność kwantowa: gdzie: I λ fotoprąd, e ładunek elektronu, N λ gęstość strumienia fotonów (l.fotnonów/cm 2 /s/nm): EQE[%] fotoprąd natęŝenie strumienia fotonów długość fali [nm] długość fali [nm]

Granica wydajności Wydajność: Przy oświetlaniu światłem monochromatycznym gdzie n liczba zdarzeń/s Granica wydajności Przypadek idealny: KaŜdy foton o energii większej niŝ energia przerwy generuje ekscyton, który następnie ulega dysocjacji a powstałe w ten sposób swobodne ładunki dają wkład do prądu fotoogniwa Napięcie w obwodzie otwartym jest równe szerokości przerwy energetycznej 0,5 0,4 η=i SC U O /P IN 0,3 0,2 0,1 0,0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 λ [nm] Granica wydajności Model Shockley-Queissera J. Appl. Phys 32 (1961) 510 : Fotoogniwo traci część energii poprzez promieniowanie termiczne tak jak ciało doskonale czarne (w temp. 300K to jest ok. 7% energii padającej) Procesy rekombinacji elektronów i dziur powodują obniŝenie wydajności o około 10% Napięcie w obwodzie otwartym jest mniejsze niŝ szerokość przerwy energetycznej Maksymalna wydajność jednozłączowego ogniwa słonecznego to 32%

x x x x Modelowy obwód d zastępczy Źródło prądu reprezentuje procesy powstawania ładunków w obszarze fotoogniwa R sh reprezentuje procesy rekombinacji nośników blisko miejsca ich powstawania Rs związany jest z przewodnictwem warstwy organicznej oraz elektrod C odzwierciedla procesy ładowania/rozładowywania się warstwy Modelowy obwód d zastępczy R s I L R P R ob I D I Rp I Prąd w obwodzie zewnętrznym: Napięcie w obwodzie zewnętrznym: Charakterystyka diody: n współczynnik dobroci diody Charakterystyka ogniwa: Wpływ oporów w wewnętrznych R s R P R ob R P

tekstura na powierzchni półprzewodnik typu n Budowa panelu słonecznegos półprzewodnik typu p kontakty Pojedyncze fotoogniwa dają niskie napięcia i muszą być łączone w większe panele Zastosowanie Domowe instalacje fotowoltaiczne Napięcie stałe musi zostać przekonwertowane na 220V prądu zmiennego za pomocą tzw. inwertera

Rozwój j technologii solarnych Po co nam organiczne ogniwa słoneczne Unikatowe właściwości mechaniczne Po co nam organiczne ogniwa słoneczne Tańsze metody produkcji

Organiczne ogniwa słonecznes Trochę historii: pierwsza koncepcja heterozłącza C. Tag 1985 (związki małocząsteczkowe) pierwsze ogniwa w których zastosowano fulereny C 60 N. S. Sariciftci 1992 polimerowe fotoogniwa o wydajności około 5% - 2005 (mieszanina polimeru P3HT oraz rozpuszczalnej pochodnej C 60 PCBM) Budowa: elektroda metalowa warstwa półprzewodnika organicznego PEDOT:PSS szkłoito Zasada działania ania Wpływ morfologii na parametry fotoogniw O H 3 C O MDMO-PPV n C 60 PCBM Topografia cienkich warstw MDMO-PPV:PCBM (1:4) przygotowanych z roztworu w a) chlorobenzenie, b) toluenie

Wpływ morfologii na parametry fotoogniw C.M. Björström-Svanström et al. Advanced Materials 21 (2009) 1-6 dwuwarstwa (nakładana sekwencyjnie) rozpuszczalnik: chloroform samostratyfikująca się wielowarstwa rozpuszczalnik: chlorobenzen mieszanina jednorodna Wpływ morfologii na parametry fotoogniw C.M. Björström-Svanström et al. Advanced Materials 21 (2009) 1-6 A) Charakterystyki prądowo-napięciowe ogniw słonecznych przy oświetleniu AM1.5 (100 mw/cm 2 ) I S C U O C B) U OC = 1,02-1,05V J SC = 4,23 ma/cm 2 FF = 0,38 η = 1,66% Napięcie w obwodzie otwartym: U OC Prąd zwarcia: I SC Współczynnik wypełnienia Wydajność C) U OC = 1,02-1,05V J SC = 5,76 ma/cm 2 FF = 0,58 η = 3,46% U OC = 1,02-1,05V J SC = 4,76 ma/cm 2 FF = 0,49 η = 2,45% Wpływ morfologii na parametry fotoogniw C.M. Björström-Svanström et al. Advanced Materials 21 (2009) 1-6 R s R P R ob Schemat zastępczy ogniwa słonecznego Charakterystyki prądowo napięciowe nieoświetlonej diody Mała powierzchnia rozdziału -> mały prąd źródła R s = 300Ω R P = 16kΩ Większa powierzchnia rozdziału -> większy prąd źródła? R s = 75Ω R P = 13kΩ B. duŝa powierzchnia rozdziału -> największy prąd źródła? R s = 38Ω R P = 9,6kΩ

Podsumowanie Zasada działania fotoogniwa opiera się na separacji ładunków tworzących ekscytony powstające pod wpływem padającego promieniowania Charakterystyka prądowo-napięciowa fotoogniwa podobna jest do charakterstyki diody, ale jest przesunięta do IV ćwiartki układu współrzędnych Parametry charakteryzujące ogniwa to: prąd zwarcia, napięcie w obwodzie otwartym, współczynnik wypełnienia, wydajność oraz zewnętrzna wydajność kwantowa Promieniowanie słoneczne odpowiada promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temp. ok. 5250 O C ale w wyniku przejścia przez atmosferę jego część zostaje pochłonięta Wydajność ogniw zbudowanych z mieszaniny polimerów zaleŝy od morfologii warstwy