Organiczne ogniwa słoneczne Ogniwa półprzewodnikowe – zasada
Transkrypt
Organiczne ogniwa słoneczne Ogniwa półprzewodnikowe – zasada
Elektronika plastikowa i organiczna Organiczne ogniwa sł słoneczne Ogniwa pó półprzewodnikowe – zasada dział działania Charakterystyki fotoogniwa – wspó współczynnik wypeł wypełnienia, wydajność wydajność Moc w obwodzie zewnętrznym: P=U*I Współczynnik wypełnienia j A V P2 PP1max U Wydajność: Schemat układu pomiarowego Widmo promieniowania sł słonecznego AM1.5 ~ 48O AM1.0 (zenit) AM2.0 60O Zgodnie z normą (ISO 9845-1:1992) standard AM1.5 odpowiada rozkładowi widma słonecznego padającego pod kątem 48O o strumieniu 1000W/m2 Charakterystyki fotoogniwa – zewnę zewnętrzna wydajność wydajność kwantowa Zewnętrzna wydajność kwantowa: EQE[%] fotoprąd natęŜenie strumienia fotonów gdzie: Iλ – fotoprąd, e – ładunek elektronu, Nλ – gęstość strumienia fotonów (l.fotnonów/cm2/s/nm): długość fali [nm] długość fali [nm] Granica wydajnoś wydajności Wydajność: Przy oświetlaniu światłem monochromatycznym gdzie n – liczba zdarzeń/s Granica wydajnoś 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% Wpł Wpływ oporó oporów wewnę wewnętrznych Rs RP Rob Charakterystyka ogniwa: RP Organiczne ogniwa sł słoneczne Trochę historii: • pierwsza koncepcja heterozłącza – C. Tag 1985 (związki małocząsteczkowe) • pierwsze ogniwa w których zastosowano fulereny C60 N. S. Sariciftci 1992 • polimerowe fotoogniwa o wydajności około 5% - 2005 (mieszanina polimeru P3HT oraz rozpuszczalnej pochodnej C60 – PCBM) Budowa: elektroda metalowa warstwa półprzewodnika organicznego PEDOT:PSS szkło+ITO Zasada dział działania Wpł Wpływ morfologii na parametry fotoogniw O O n H3C MDMO-PPV C60PCBM Topografia cienkich warstw MDMO-PPV:PCBM (1:4) przygotowanych z roztworu w a) chlorobenzenie, b) toluenie PCBM [60]PCBM, [72]PCBM, [84]PCBM 2 1 - [60]PCBM 2 - [72]PCBM 3 - [84]PCBM 1 3 Mimo, Ŝe [60]PCBM najsłabiej absorbuje w świetle widzialnym, to ogniwa polimerowo [60]PCBM mają najwyŜszą wydajność Jak dobrać dobrać skł skład? MDMOMDMO-PPV:PCBM J. K. J. van Duren, et. al. Adv. Funct. Mater., 2004, 14, 425 Współczynnik wypełnienia oraz napięcie UOC ogniw słonecznych zbudowanych z mieszaniny MDMO-PPV:PCBM o róŜnej koncentracji wzajemnej Gęstość prądu oraz wydajność ogniw słonecznych zbudowanych z mieszaniny MDMO-PPV:PCBM o róŜnej koncentracji wzajemnej Jak dobrać dobrać skł skład? P3HT:PCBM Jak dobrać dobrać skł skład? APFOAPFO-3:PCBM Diagram fazowy Morfologia warstw powstająca w wyniku separacji faz zaleŜy od „drogi” na diagramie fazowym Napię apięcie UOC - elektrody R.N. Marks et al. J. Phys. Condens. Matter 6(1994) 1379 poziom próŜni Elektroda 2,7eV 4,8eV LUMO 4,3eV praca wyjś wyjścia [eV] eV] ∆Φ [eV] eV] UOC [V] Al 4,28 0,5 1,2 Mg 3,66 1,2 1,2 Ca 2,87 1,9 1,7 5,2eV HOMO ITO PPV Metal Napię apięcie UOC – potencjał potencjał jonizacji donora A. Gadisa Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 1609 Al mieszanina 1:4 PEDOT:PSS ITO potencjał jonizacji [V] napięcie UOC [mV] I 0.525 388 II 0.770 685 III 0.785 829 polimer IV 0.795 664 V 0.815 699 VI 0.945 655 Napię apięcie UOC - elektrody A. Gadisa Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 1609 Napię apięcie UOC – potencjał potencjał jonizacji akceptora Pochodne [60]PCBM (1), 4-N,Ndialkylamino[60]PCBM (2), diphenylmethano[60]fullerene (3), bis-4-N,N-dialkylaminodiphenylmethano[60]fullerene (4) and substituted PCBM compounds (5): R = 4-OMe (a), 3,4-OMe (b), 2,3,4-OMe (c), 2-OMe (d), 2,5-OMe (e), 2,4,6OMe (f), 3,4-methylenedioxy (g), 2-SMe (h), 4-SMe (i), and pentafluoro (j) Napię apięcie UOC – elektrody i mieszanina D. Chirvase PhD Thesis: „Electrical Characterization of Organic Devices Case study: polythiophene-fullerene based solar cells” Wpł Wpływ wygrzewania Wpł Wpływ wygrzewania Adv. Funct. Mater. 17(2007)1071 n R R=CnH2n+1 Wpł Wpływ wygrzewania c.d. Interdyfujza PCBM w P3HT Adv. Energy Mater. 1/2011 Adv. Energy Mater. 1/2011 Interdyfujza PCBM w P3HT Nano Lett.2011, 11,2071–2078 Charakterystyki prądowo-napięciowe: a) normalna geometria b) odwrócona geometria Gdzie powstaje prą prąd? Nano Lett., 4(2004)220; Synth. Met. 147(2001)101 Mapy topografii oraz fotoprądu Podwó Podwójne ogniwo polimerowe J. Y. Kim SCIENCE 317(2007)222 Jsc = 7.8mA/cm2, Voc = 1.24 V, FF = 0.67 η = 6.5%. „Porzą Porządkowanie” dkowanie” BHJ Advanced Functional Materials Volume 21, Issue 1, pages 139-146, 9 NOV 2010 „Porzą Porządkowanie” dkowanie” BHJ Advanced Functional Materials Volume 21, Issue 1, pages 139-146, 9 NOV 2010 „Porzą Porządkowanie” dkowanie” BHJ Widma absorpcji Wydajność kwantowa Charakterystyki I(U) Advanced Functional Materials Volume 21, Issue 1, pages 139-146, 9 NOV 2010 Light trapping – struktury fotoniczne Light trapping – struktury fotoniczne Light trapping – struktury fotoniczne 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. 5250OC ale w wyniku przejścia przez atmosferę jego część zostaje pochłonięta Napięcie w obwodzie otwartym ogniwa zaleŜy od prac wyjścia elektrod oraz, w przypadku układów dwuskładnikowych róŜnicy w potencjałach jonizacji akceptorów i donorów Wydajność ogniw zbudowanych z mieszaniny polimerów zaleŜy od morfologii warstwy Nanostruktyryzacja warstwy aktywnej moŜe zwiększać wydajność ogniw
Podobne dokumenty
Fotodioda – efekt fotoelektryczny wewnętrzny Ogniwa
Cienkowarstwowa struktura z warstwą absorbera CIGS CuIn0,8Ga0.2Se2
Bardziej szczegółowo