Enerji Sistemi İşlemleri – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları

Fermi Dağılımı
Fermi Dağılımı Arayüzden geçen akım, halihazırda elde ettiğimiz ifadeye eşittir, ancak uçların iki Fermi dağılımı tarafından tamamlanır (iki dönüş yönü nedeniyle 2 faktörü eklenir): Bu nedenle, bir arayüz boyunca iletkenlik için ilişki ve denge dışı ilişkiler arasındaki tek farkın yalnızca iki özellikten kaynaklandığını söylemek doğru olur: • Dengesiz muamelenin arayüz kısmının kendi kendine tutarlı yük dağılımları yoluyla olan sonlu yanlılık. • arayüzün kendisinde elektron-fonon etkileşimlerinin etkisi. Bu iki özelliğin dışında, iki ayrı çerçeve içindeki tedaviler eşdeğerdir. Elektron-fonon etkileşimlerinin, örneğin tünel açma koşullarında, mevcut değerleri %5'ten daha az değiştirdiği göz önüne alındığında, genellikle elastik taşıma modellerine güvenmek güvenli görünmektedir. Standart DFT Yöntemleri  Taşıma teorisi üzerine olan bu son bölümde, iki uçlu bir cihazdaki akımları hesaplamak için mevcut yöntemlerin taslağını çıkaracağız. Bir yandan problemin yerel orbitallerin bir temel kümesi içinde nasıl çözüldüğünü açıklayacağız, diğer yandan böyle bir çözümün yoğunluk fonksiyonel teorisinin standart yöntemleri içinde nasıl elde edilebileceğini açıklayacağız. Şu anda, bu amaca yönelik en verimli yöntemler, süper hücreler adı verilen üç boyutlu tekrar birimlerini kullanıyor. Dahası, elektron özvektörlerinin düzlem dalga açılımına dayalıdırlar. Dolayısıyla ele almamız gereken sorun şudur: (i) öngerilim gerilimleri uygulanır uygulanmaz iletken-kurşun arayüzlerindeki sınır koşullarının eşitsizliği; (ii) düzlem dalga temel kümelerine dayalı olarak özfonksiyonların lokalizasyonu; (iii) bu koşullar altında dengesiz Green fonksiyonlarının, kontaklarının ve kendi kendine enerji terimlerinin hesaplanması; (iv) arayüz boyunca yük yoğunluğu ve kimyasal potansiyellere göre elde edilen çözeltilerin kendi kendine tutarlılığı; (v) taşıma özelliklerinin hesaplanması. Bir işlevi, herhangi bir temel sette formüle edilebilecek bir matrise dönüştüren bir dönüşümün ayrıntılı bir açıklamasıyla başlıyoruz. Fonksiyon Matrisi Belirli bir temel set içinde, bir sistemin Green fonksiyonunun denklemi genellikle matris formunda yazılabilir. Çıkış noktası, fonksiyonun gerçek uzay tanımıdır. Burada Z = E + iη, geciktirilmiş Green fonksiyonu GR ile ilişkili karmaşık özdeğerdir. GA için karşılık gelen özdeğer Z∗'dir. Şimdi Green fonksiyonunu belirli bir temel sette yeniden yazıyoruz (atomik orbitaller için φm fonksiyonları sistemin atomik konumlarında ortalanır). Z yerine Z∗ kullanarak benzer bir prosedürle geciktirilmiş fonksiyon yerine gelişmiş fonksiyona ulaşırız, böylece her iki Green fonksiyonu da matris formunda verilir. Prensipte Green fonksiyonları η → ±0 için limitler olarak tanımlandığından, bu noktada bilinmeyen bir η parametresiyle baş başa kalmış gibi görünebiliriz. Ancak sayısal olarak, sistemimize bağlı olarak ve şu koşulla η'ya kesin bir değer atayabiliriz. N0, sistemimizdeki elektron sayısıdır. Teknik bir bakış açısından, Green fonksiyonları ile sistem yanıtının hesaplanması için gerekli olan matris inversiyonunun bir O(N2) rutini olduğu ve bu nedenle hesaplama açısından pahalı olduğu dikkate alınmalıdır. Bu sorunun çözümü, fonksiyonunu matris inversiyonuna dayanmadan oluşturmak için yinelemeli şemaların kapsamlı kullanımı olabilir. Dolayısıyla bu genişlemenin sonucu, belirli bir temel sette sistemin fonksiyon matrisidir. Fermi-Dirac distribution Fermi enerjisi formülü Fermi seviyesi nedir Fermi enerjisi nedir Bose-Einstein istatistiği Fermi enerji seviyesi Fermiyon nedir Tutarlılık Döngüsü Standart DFT'de, kendi kendine tutarlılık döngüsü, daha sonra etkin potansiyeli oluşturmak için kullanılan elektron yükünün uzamsal bir dağılımı ile başlar. Etkili potansiyele dayalı Schrödinger denkleminin çözümleri, toplam yük sistemdeki elektronların sayısı olan N'ye eşit olana kadar nihayet elektronlarla doldurulur ve yeni yük dağılımı yeniden etkin potansiyeli hesaplamak için kullanılır.  Bu dolaysız ve köklü şema, dengesiz koşullar altında çalışmaz çünkü bu koşullar altındaki elektronlar ortak bir Fermi dağılımına uymazlar. Bunun yerine, aşağıdaki gibi farklı bir döngüyle kendi kendine tutarlı çözümleri yinelemek gerekir: 1. Müşteri adaylarının kendi enerjilerini hesaplayın. 2. İkisi arasındaki Hartree potansiyelini ve Hamiltoniyeni hesaplayın, uygulanan bir önyargı voltajına yol açar. 3. Arayüzün kendi enerjilerini hesaplayın. 4. Dengesiz Green fonksiyonlarını hesaplayın. 5. Enerji üzerinden fonksiyonların integralini alarak yük yoğunluk dağılımını bulun. 6. Bir sonraki yinelemeye başlayın. Sayısal olarak, kabataslak öz-tutarlılık döngüsünün sorunu, öz-enerjiler ve arayüzün Green fonksiyonları ile ilgili matris ters çevirmeleridir. Müşteri Adaylarının Kendi Enerjisi Uçların, değişen öngerilim voltajlarını hesaba katmak için uygulanan bir Hartree potansiyeli ile birkaç metal katmanından oluştuğu düşünülebilir. Kurulum, çoğu DFT kodunun süper hücre geometrilerinde olduğu gibi periyodik olacak veya iletkenin bir tarafına iliştirilmiş uçların bir küme tanımını uygulayacaktır. Aşağıda periyodik süper hücrelere odaklanacağız; Küme hesaplamalarından tek fark, birazdan göreceğimiz gibi, Fermi fonksiyonlarının uçlardaki değişimidir. Uçların ayrı ayrı hesaplanması için kurulum gösterilmiştir. Geciktirilmiş ve gelişmiş fonksiyon matrisleri, yukarıda açıklanan prosedürle hesaplanabilir. Bilindiklerinde, spektral fonksiyonu şu şekilde oluşturabiliriz. Yaklaşık üç atomik katmana sahip metallerdeki bozunma uzunluğu göz önüne alındığında, kurşunun öz-enerji terimi yalnızca arayüze bitişik üç katman için hesaplanmalıdır. Kurşun sistemi altı atomik katmandan oluşuyorsa, o zaman üç sol katman sağ kurşunun öz enerjisini, sağdaki üç katman da sol kurşunun öz enerjisini tanımlar. Periyodik bir kurulumda, her iki ucun Fermi dağılım fonksiyonları temel durum Fermi dağılımları (μ = μ0) olurken, bir küme yaklaşımı için kimyasal potansiyeller ön gerilim μ = μ0 ± eV kadar kaydırılacaktır. Uçlar, uygulanan önyargı voltajı nedeniyle yüzey dipollerini hesaba katmak için üç ek metal katman içeren iletkene bağlanır. Kurşun arayüzünden iletkene geçişte değişen Hartree potansiyelleri göz önüne alındığında, Hartree potansiyeli ve arayüz boyunca etkin potansiyel, çizilen kendi kendine tutarlı prosedürle hesaplanmalıdır. Sistemin Hamilton matrisi daha sonra arayüzün L katmanları için matris elemanları ve müşteri adaylarının kendi enerjileri için altı ek eleman içerir. Ortaya çıkan Hamilton matrisini genel bir şekilde yazmak, yani matristeki her katmanı yalnızca bir matris elemanı ile temsil ettiğimiz anlamına gelir.

Enerji Sistemi İşlemleri – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları

Enerji Sistemi İşlemleri

Czochralski işlemi, çok fazla kristal kusuru ve safsızlık meydana geldiğinden, %25’lik rekor verimlilikle güneş pilleri üretmek için uygun olmayan gofretler üretir. Bu tür yüksek teknoloji güneş pilleri, Czochralski yöntemine kıyasla çok daha karmaşık ve daha maliyetli olan yüzdürme bölgesi işlemiyle üretilen mono kristaller gerektirir. Yüzdürme bölgesi işlemi bu nedenle seri güneş pili üretimi için uygun değildir.

Tek kristalli veya tek kristalli gofretlerin yanı sıra “çok kristalli” gofretler de fotovoltaik endüstrisi tarafından başarıyla kullanılmaktadır. Bu amaçla polisilikon eritilir ve külçe kalıplara dökülerek yavaş katılaşır ve ayarlanır. Bu poli-kristal bloklar (mm’den cm aralığına kadar değişen tanecik boyutlarına sahip), testere ile ikinci dereceden poli-kristal plakalar halinde kesilir.

Bununla birlikte, monokristal malzemeye kıyasla polikristalin daha ucuz üretimi ve geliştirilmiş kitlesel kullanımı, pasifleştirme önlemlerine rağmen azınlık taşıyıcıların difüzyon uzunluğunu azaltan rekombinasyon merkezlerini oluşturan çok sayıda kristal sınırı nedeniyle daha düşük verimliliklerle dengelenir.

1960’ların ortalarından bu yana, fotovoltaik amaçlar için bantlar veya döküm veya sinterlenmiş plakalar şeklinde doğrudan silikon gofretler üretmek için çalışmalar yürütüldü, böylece kristal büyümesi veya bir külçe dökümü ve arka testereleme önlendi. Bu araştırmalar kapsamında 20’den fazla farklı proses, üretim teknolojisi açısından araştırılmış ve test edilmiştir.

Bununla birlikte, bugüne kadar güneş pili imalatında başarılı bir şekilde /6-18/ için pratikte yalnızca “Kenar Tanımlı Film Beslemeli Büyüme” süreci uygulanmıştır. Bu işlemle, daha sonra lazerle şeritler ve plakalar halinde kesilen altıgen silikon tüpler elde edilir. Bu tür bant malzemesinden yapılan güneş pillerinin verimleri yaklaşık %15 civarındadır.

Silikon gofretlerden gerçek fotovoltaik hücre üretimi için sadece birkaç işlem adımının gerçekleştirilmesi gerekir. Temel malzeme olarak, genellikle önceden p-katkılı olan poli-kristal veya mono-kristal gofretler kullanılır.

İlk olarak, kimyasal aşındırma gofret yüzeyini arındırır. Daha sonra, p-n-kavşağı, n-katkılı bir yüzey tabakası oluşturmayı amaçlayan malzeme yüzeyi içinde fosforun difüzyonu ile elde edilir (yani, silikon levhanın p-katkısı, maksimum derinliğe kadar fosfor atomlarının difüzyonu ile aşırı telafi edilir) 0,2 ila 0,5 μm).

N-doping daha sonra plazma aşındırma ile gofret kenarlarından çıkarılmalıdır. Ek olarak, fosforun difüzyonu sırasında, silikon gofret yüzeyinde bir fosfor camı oluşur ve bunun da sonraki işlem adımlarından önce çıkarılması gerekir.

Gofretin arka tarafındaki n katkısını çıkarmak için, önce serigrafi proses baskısı ile bir alüminyum kaplama uygulanır ve ek bir arka taraf metalleştirme uygulanmadan önce kurutulur.

Müteakip sinterleme, alüminyum atomlarının silikon levhaya arka taraftan yayılmasını ve böylece levhanın arka tarafındaki istenmeyen n-katkılamayı aşırı telafi etmesini sağlar. Günün sonunda p-n- bağlantısı olarak, gofretin ön tarafında sadece fosforla dağılmış tabaka kalır.

Akabinde ön yüz teması ızgara şeklinde gofretin üzerine basılır ve sonrasında kurutulur. Işık yakalamayı geliştirmek için bir anti-refleks kaplama uygulandıktan sonra, fotovoltaik hücrenin nihai elektriksel ölçümünden önce son bir sinterleme adımı gerçekleştirilir.

Hemen hemen tüm mono-kristal ve poli-kristal silikon gofret üreticileri, açıklanan teknolojiyi standart bir teknoloji olarak uygular.

Czochralski işlemine dayalı olarak mono-kristal silikon plakalar olarak üretilen hücreler, %14 ila %18 arasında verimlilik elde edilmesini sağlarken, polikristalin plakaların etkinlikleri yaklaşık %13 ila %15,5 arasında değişmektedir. Bu nedenle, tarif edilen işlem sırası, bir yandan basit ve uygun maliyetli bir işlem tasarımı ile gofret malzemeleri arasında bir uzlaşmadır ve diğer yandan basitliğe bağlı olarak en aza indirilmiş verimlilik kayıplarıdır.

Ancak hem tek kristalli hem de çok kristalli silikon, günümüzde endüstriyel imalatla elde edilenlerle karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha yüksek verimlilik elde edilmesini sağlar.

Bununla birlikte, bu tür gelişmiş verimliliklerden yararlanmak için, esas olarak fotovoltaik hücrenin yüzeylerinin ve sınır alanlarının ışık tutmasını ve elektriksel özelliklerini geliştirmek için ek işlem adımları gereklidir. Örneğin, mono-kristal silisyumdan yapılmış yüksek verimli güneş pilleri için, p-n-kavşağı ve arka taraftaki temasın yapılandırılması için (nokta veya çizgi şeklinde temas) çok aşamalı fosfor difüzyonu uygulanır.

Yukarıda bahsedilen yüksek performanslı prosesler, çok sayıda ilave karmaşık ve pahalı proses adımlarını (örneğin fotolitografi) gerektirdiğinden, gelişmiş hücre verimliliklerine rağmen şu anda uygun maliyetli değildirler. Yalnızca genel fotovoltaik sistemle ilgili spesifik maliyetler önemli ölçüde düşerse, yüksek verimli hücrelerin daha geniş bir ticari ölçekte üretilmesi beklenir.

Hücre verimliliğini artırmaya yönelik bir başka konsept de metal yalıtkan yarı iletken (MIS) güneş pilidir. Bu güneş pili tipinin adı, p-katkılı bir katmanın yüzeyinde bulunan sabit bir pozitif yük katmanının etkisinden kaynaklanmaktadır.

Bu katman, p-katmanının yüzeye yakın kısmı, sabit yüzey yüklerinin oluşturduğu elektrik alan nedeniyle fiilen bir n-katmanı gibi davrandığından; yüzeye yakın p-katmanı bu nedenle yarı ters çevrilmiştir. Bu hücrelerin avantajı, nispeten düşük bir sıcaklık seviyesinde sadece altı üretim adımı gerektirmesidir. Büyük ölçekli üretimde elektrik hücresi verimliliği kabaca %16’dır.

Üretim sürecini önemli ölçüde basitleştirmeyi amaçlayan benzer bir konsept için, Kendinden İnce Katmanlı (HIT) yapıya sahip Hetero-bağlantı, mono-kristal silikon levhaya (n-katkılı) doğrultucu ön temas katkısız (içsel) ve p-katkılı amorf silikondan oluşan çift tabakanın biriktirilmesiyle oluşturulur.

Böylece, n-iletken kristalin ve p-iletken amorf silikon arasında doğrultucu bir p-n-hetero-teması yaratılır. Her iki katmanın toplam kalınlığı yalnızca birkaç 10 nm’dir, böylece amorf silikon fotoakıma katkıda bulunmaz.

Gerçek fotovoltaik soğurucu malzeme yine tek kristalli silikon gofrettir. Difüzyon yoluyla p-n-kavşağının karmaşık ve enerji tüketen üretim sürecinin yerini amorf silikon çift katmanın nispeten basit ve enerji tasarruflu kaplaması alır. Bu yeni teknoloji, (laboratuvarda) %20’nin üzerinde elektriksel hücre verimliliği elde edilmesini sağlar.

Her şeyden önce, mevcut araştırmalar maksimum elektrik hücresi verimliliklerini korurken güneş pili üretim maliyetlerini düşürmeyi amaçlamaktadır. Bu amaçla, uygulanan malzemeler ve genel üretim süreci zinciri, maliyet düşürme potansiyelleri açısından tekrar tekrar incelenir.

Yukarıda belirtilen yeni kavramların yanı sıra, mevcut araştırmalar daha ince silikon plakaların (70 μm kadar küçük kalınlıklar) kullanımına odaklanmaktadır. Bu tür ince gofretler laboratuvarda şimdiden iyi verimler elde etti. Bununla birlikte, bir yandan ince gofretlerin pahalı üretimi ve diğer yandan endüstriyel üretim sürecindeki zayıf stabiliteleri dezavantajlarıdır.

Etiketler: , , , , , , ,