Güneş Pili Malzemeleri – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları
Güneş Pili Malzemeleri
Güneş radyasyonunun elektriğe maksimum elde edilebilir dönüşüm verimliliği çok kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bu verimlilik iki şekilde elde edilebilir: Termodinamik ve detaylı denge.
Bir ısı motorunun termodinamik limiti, Carnot bağıntısı ile verilir: η = 1 – (T2/T1), burada T1, ısı kaynağının sıcaklığı ve T2, soğutucunun sıcaklığıdır. Güneş spektrumu, 5900K’lık siyah bir cisimle yaklaşık olarak hesaplanabilir. Karasal dönüştürme için sınır koşulları dikkate alınırsa, maksimum %85’lik bir verim elde edilir.
Ayrıntılı denge ilkesi, güneş pilindeki farklı parçacık akışlarının dengelenmesine dayanır ve termodinamik limit olarak çok benzer sonuçlar verir. Shockley ve Queisser tarafından önemli bir makalede tanıtıldı. Bugün pratik verimlilikler teorik sınırdan çok uzaktır.
Nedenleri kolayca anlaşılabilir:
– Güneş spektrumu çok geniştir ve ultraviyoleden yakın kızılötesine kadar uzanır, oysa bir yarı iletken yalnızca bant aralığının enerjisine sahip fotonları optimum verimlilikle dönüştürebilir.
Daha düşük enerjili fotonlar emilmez ve daha yüksek enerjili fotonlar, fotojenleştirilmiş taşıyıcıların termalizasyonu ile boşluk enerjisine indirgenir. Bu durum, aşağıda göreceğimiz gibi, tandem hücrelerde birkaç yarı iletken kullanılarak iyileştirilebilir.
– Güneş ışığı, dünyanın yüzeyine, güneş yüzeyinden ayrıldığı şekline kıyasla çok seyreltik bir biçimde gelir. Doğrudan güneş ışığı optik araçlarla konsantre edilebilir ve bu da çok daha yüksek bir dönüşüm verimliliği sağlar.
İlk önce konsantrasyon olmadan tek bir yarı iletkene bakarız ve maksimum verimini düşünürüz. Verimlilik-bant aralığı eğrisi, yukarıda açıklandığı ve görüldüğü gibi bir maksimumdan geçiyor. Silisyumun maksimumda değil, nispeten ona yakın olduğu fark edilebilir.
Kitabın büyük bir kısmı silikonla ilgili, ancak katı hal fiziğinden silikonun fotovoltaik dönüşüm için ideal bir malzeme olmadığını biliyoruz. Çok ciddi bir nokta, silikonun dolaylı bir yarı iletken olmasıdır; değerlik bandı maksimumu ve iletim bandı minimumu, açıklandığı gibi, kristal momentum uzayında birbirine zıt değildir.
Dolaylı bir yarı iletkende ışık absorpsiyonu, doğrudan bir yarı iletkene göre çok daha zayıftır. Bunun malzeme açısından ciddi sonuçları vardır: %90 ışık absorpsiyonu için, 100 μm Si’ye karşı yalnızca 1 μm GaAs (direkt bir yarı iletken) gerekir. Fotojenlenmiş taşıyıcılar, ön yüzeye yakın olan pn bağlantısına ulaşmak zorundadır.
Azınlık taşıyıcıların difüzyon uzunluğu 200 μm veya silikon kalınlığının en az iki katı olmalıdır. Bu nedenle, malzemenin çok yüksek saflıkta ve yüksek kristal mükemmellikte olması gerekir. Bu fiziksel sınırlamalar göz önüne alındığında, silikonun pazarda bu kadar baskın bir rol oynaması oldukça şaşırtıcıdır.
Bunun ana nedeni, silikon teknolojisinin fotovoltaiklerin ortaya çıkmasından önce oldukça gelişmiş olması ve yüksek kaliteli malzemenin mikroelektronik pazarı için nispeten düşük maliyetle büyük miktarlarda üretilmesidir. Yeni malzemeler aramak için çok fazla çaba harcanması şaşırtıcı değil. İdeal güneş pili malzemesi için gereksinimler toplanır.
Güneş pili Nedir
Güneş paneli ile güneş pili arasındaki fark
Güneş enerjisi ve güneş pilleri
Güneş pili Kullanım Alanları
Güneş pili çalışma Prensibi
Güneş pili Çeşitleri
Güneş Pili
Güneş pili Ne İşe Yarar
Güneş enerjisi malzemelerinin geleceği için üç senaryo tasavvur edilebilir:
– mevcut tek kristal veya döküm polikristal teknolojisinin devam eden hakimiyeti,
– şeritler halinde veya yabancı alt tabakalar üzerinde orta kalınlıkta yeni kristalin film Si malzemeleri,
– a-Si veya CIS veya CdTe gibi gerçek ince film malzemelerinin seri üretimine geçiş.
Bu noktada, bu senaryoların yaklaşık olarak eşit olasılıkları vardır. Daha da muhtemel olanı, bunlardan iki veya üçünün hatırı sayılır bir süre bir arada var olması ve her teknolojinin kendi pazarını bulması. Genel bir bakış açısından, potansiyel olarak düşük maliyetli bir güneş piline yol açan pek çok yolun mevcut olması bir avantaj olarak kabul edilebilir.
Bu şekilde, bu hedefe ulaşma olasılığı büyük ölçüde artar. Uzun vadede, kuantumun yukarı ve aşağı dönüşümünü içeren yeni kavramlar veya organik güneş veya ince film tandem hücreleri gibi yeni malzeme sınıfları da bir olasılıktır. Bunlara bu bölümün sonunda değinilecektir.
İnce Film Malzemeleri
Belirtildiği gibi, ince film malzemeleri maliyeti düşürmenin bir yoludur. İnce film malzemelerin düşük malzeme tüketimine ek olarak, bir diğer avantajı da geniş alanlı alt tabakalar üzerinde entegre bir şekilde kolayca seri bağlanabilmeleridir. Böylece biriktirme işleminde tüm modüller üretilir.
Bu ekonomik olarak avantajlıdır, ancak aynı zamanda proses teknolojisi için de çok talepkardır, çünkü geniş alanların hatasız işlenmesi gerekir. Bugün pazar payları düşük olsa da, büyüme beklentileri iyi olarak değerlendiriliyor. Sorunlardan biri, bir dizi farklı malzemenin peşinden gidiliyor olması ve hangisinin en iyi seçim olduğu hiç de net değil. En önemli malzemeler ve teknolojiler şimdi açıklanacaktır.
Güneş pili üretimi ile ilgili amorf silikon (a-Si) üzerine ilk yayınlar 1960’ların sonlarından sonra ortaya çıktı. Bir fotovoltaik konferanstaki ilk makale 12. IEEE PVSC’de (1976) sunuldu. Sadece beş yıl sonra, ilk tüketici ürünleri piyasaya çıktı. Ancak malzemenin temel özelliklerinin anlaşılması epey zaman aldı. Amorf silikondan yapılan ilk güneş pilinin rapor edilmesinden bu yana yirmi yıldan fazla bir süre geçti.
Hücre ışığa maruz kaldığında verim düşer. Bozunma, öncelikle doldurma faktörü ve kısa devre akımı üzerinde etkili olurken, açık devre gerilimi neredeyse sabit kalır. Bozulma tersine çevrilebilir, ancak yalnızca hücrelerin yaklaşık 160◦C sıcaklığa maruz bırakılmasıyla. Bugün bile etkisi tam olarak açıklanamamıştır.
En olası açıklama, ışıkla üretilen yük taşıyıcıların rekombinasyonunun, amorf malzemede zayıf silikon-hidrojen bağlarının kırılmasına neden olarak, kollektif verimi düşüren ve seri direnci artıran ek kusurlar yaratmasıdır. Bu etkinin nedenini açıklamak için çok sayıda araştırma yapılmıştır.
Bugün, en azından teknik önlemler kullanılarak azaltılabilir. %10 ila %20’lik bir ilk bozulmadan sonra verimliliğin sabit kaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca verimde mevsimsel değişimler gözlemlenmiştir: Kışın verim düşer ve tavlama nedeniyle yazın düzelir.
a-Si’nin bant aralığı, güneş spektrumuyla kristal silisyumunkinden daha iyi eşleşir. Bu nedenle, watt başına bazında amorf hücreler, bir yıl boyunca entegre edilmiş daha yüksek verime sahiptir. Günümüzde a-Si, özellikle iç mekan kullanımı olmak üzere tüketici uygulamalarında sabit bir yere sahiptir.
Işığın neden olduğu bozunma sorunlarını anladıktan ve kısmen çözdükten sonra, amorf silikon elektrik piyasasına girmeye başlar. Laboratuvardaki stabilize hücre verimliliği %13’e ulaşıyor. Modül verimlilikleri %6-8 aralığındadır. İnce film modüllerin görsel görünümleri onları cephe uygulamaları için çekici kılmaktadır.
Güneş enerjisi ve güneş pilleri Güneş paneli ile güneş pili arasındaki fark Güneş Pili Güneş pili çalışma Prensibi Güneş pili Çeşitleri Güneş pili Kullanım Alanları Güneş pili Ne İşe Yarar Güneş pili Nedir