Fotodioda – efekt fotoelektryczny wewnętrzny Ogniwa

Fotodioda – efekt fotoelektryczny wewnętrzny
Fotodioda z napędu CD
Przy polaryzacji zaporowej dioda jest
czułym detektorem światła.
Przy braku polaryzacji na złączu powstaje
siła elektromotoryczna – pracuje jako
ogniwo słoneczne
Złącze PIN używane w fotodiodach do szybkich systemów optycznych
Optoizolacja (przetworniki)
Ogniwa słoneczne
Najczęściej stosowane są ogniwa krzemowe
(mono lub polikrystaliczne)
1
Widmo promieniowania słonecznego
Generacja i rekombinacja pary elektron-dziura – absorpcja i emisja fotonu
g e n e ra c ja
rekombinacja
radiacyjna
dziura
elektron
rekombinacja
nieradiacyjna
Energia
1
2
Fotogeneracja pary elektron-dziura
w pobliżu złącza p-n
3
4
zakres użyteczny
(qV)
4
3
1
2
Jasna i ciemna charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa słonecznego
Charakterystyka
„ciemna”
Prąd
I l = I d − I sc
⎛
⎧ eV ⎫ ⎞
I l = I o ⎜⎜ exp ⎨
⎬ − 1⎟⎟ − I sc
⎩ Ak BT ⎭ ⎠
⎝
⎧− eEa ⎫
Io = Ioo exp⎨
⎬
⎩ kBT ⎭
Voc
Napięcie
Vmp
IL
Imp
Charakterystyka
„jasna”
Isc
⎞ Ak BT ⎛ I sc ⎞
Ak BT ⎛ I sc
ln⎜⎜
ln⎜⎜ ⎟⎟
+ 1⎟⎟ ≅
e
e
⎝ Io ⎠
⎠
⎝ Io
I
eVoc = AE a − Ak B T ln sc
I oo
Voc =
Wydajność ogniw słonecznych
Prąd
Charakterystyka
„ciemna”
η=
FF =
I mpVmp
I mpVmp
Si-c
Si-µ c
GaA s-c
a-Si (m odule)
GaA s (thin film)
C IGS
C IGS ( module )
C dTe (ce ll)
C dTe (module)
N anocr. dye
Vmp
η=
I scVoc
Ef f.
( %)
2 4.7
1 9.8
2 4.9
1 2.0
2 3.3
19.8
16.6
16.4
1 0.6
6 .5
Voc
Pin
Voc
( V)
0 .70 6
0 .65 4
0 .87 8
1 2.5
1 .01 1
0.669
2.643
0.848
6 .56 5
0 .76 9
I scVoc FF
Pin
Js c
(mA /c m 2)
42 .2
38 .1
29 .3
1.3
27 .6
35.7
8.3 5
25.9
2.26
13 .4
IL
FF
(%)
82.8
79.5
85.4
73.5
83.8
7 7.0
7 5.1
7 4.5
71.4
63.0
Imp
Napięcie
Charakterystyka
„jasna”
Isc
3
30
Si
GaAs
CdTe
25
(%)
20
15
Cu(InGa)Se2
10
5
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
E (eV)
Maksymalna wydajność ogniwa
jednozłączowego w zależności od przerwy
energetycznej warstwy absorbera.
Elektrody (Ni/Al)
absorber
okno
Eg2
Warstwa z przezroczystego tlenku przewodzącego (ZnO:Al)
p
Eg1
Warstwa buforowa (ZnO)
Warstwa okna (CdS)
n
Heterozłączowe ogniwo słoneczne
Warstwa absorbera (CIGS)
Elektroda tylna (Mo)
Podłoże szklane
Cienkowarstwowa struktura z warstwą
absorbera CIGS CuIn0,8Ga0.2Se2
4
Poprawa wydajności ogniw słonecznych różnych typów
Ogniwa słoneczne - zastosowania
Solartaxi
Nuna 4 – zwycięzca World Solar Challenge
Solarshuttle – Serpentine Hyde park, Londyn
5