Fotovoltaik (kısaltılmış PV), güneş ışınımını elektriğe dönüştürmenin en doğrudan yoludur ve ilk kez gözlemlenen fotovoltaik etkiye dayanır. Katı veya sıvı bir sisteme bağlı iki elektrot arasında, bu sisteme ışık tutulması üzerine bir elektrik voltajının ortaya çıkması oldukça genel olarak tanımlanır.

Pratik olarak tüm fotovoltaik cihazlar, fotovoltajın geliştirildiği bir yarı iletkende bir pn bağlantısı içerir. Bu cihazlar aynı zamanda güneş pilleri olarak da bilinir. Işık absorpsiyonu yarı iletken bir malzemede gerçekleşir.

Yarı iletken malzeme, güneş spektrumunun büyük bir bölümünü absorbe edebilmelidir. Malzemenin soğurma özelliklerine bağlı olarak ışık, yüzeye az ya da çok yakın bir bölgede soğurulur.

Işık kuantaları emildiğinde, elektron deliği çiftleri üretilir ve rekombinasyonları önlenirse, bir elektrik alanıyla ayrıldıkları bağlantı noktasına ulaşabilirler. Silikon gibi zayıf soğuran bir yarı iletken için bile, çoğu taşıyıcı yüzeye yakın üretilir.

Yayıcı ve taban katmanını ayıran pn bağlantısı, foto-üretilmiş yük taşıyıcıları için yüksek bir toplama olasılığına sahip olmak için yüzeye çok yakındır. Bağlantı noktasının üzerindeki ince yayıcı katman, şekilde de gösterildiği gibi, iyi tasarlanmış bir temas ızgarası gerektiren nispeten yüksek bir dirence sahiptir.

Pratik kullanım için güneş pilleri, seri olarak bağlanmış bir dizi kristal Si hücresi veya yine dahili olarak seri bağlı bir ince film malzeme tabakası içeren modüller halinde paketlenir. Modül iki amaca hizmet eder: Güneş hücrelerini ortamdan korur ve yalnızca 1 Volt’tan daha düşük bir voltaj geliştiren tek bir hücreden daha yüksek bir voltaj sağlar.

Günümüzün üretim hücrelerinin dönüştürme verimlilikleri %13 ila 16 aralığındadır, ancak modül verimlilikleri biraz daha düşüktür. Şimdiye kadar elde edilen kristal silisyumun en iyi laboratuvar verimliliği %24,7’dir ve bu, bu tür bir güneş pilinin teorik sınırına yaklaşır.

İleride de göreceğimiz gibi, fotovoltaik dönüşüm elde etmenin tek yolu pn bağlantıları ve yarı iletkenler değildir. Gelecek, birçok yeni malzeme ve konsepti barındırabilir.

Fotovoltaiklerin Kısa Tarihi

Fotovoltaik etki, 1839’dan 1954’te Bell Laboratuarlarında ilk silikon güneş pilinin geliştirildiği 1959’a kadar bir laboratuvar merakı olarak kaldı. Uzun yıllar ana uygulama uzay aracı güç kaynaklarıydı.

Fotovoltaiklerin (PV) karasal uygulaması çok yavaş gelişti. Bununla birlikte, PV sadece araştırmacıları değil, genel halkı da büyüledi.

Güçlü noktaları şunlardır:

– güneş radyasyonunun doğrudan elektriğe dönüştürülmesi,
– mekanik hareketli parça yok, ses yok,
– yüksek sıcaklık yok,
– kirliliğe hayır,
– PV modüllerinin kullanım ömrü çok uzundur,
– enerji kaynağı olan güneş bedavadır, her yerde bulunur ve tükenmezdir,
– PV çok esnek bir enerji kaynağıdır, gücü mikrovattan megavata kadar değişir.

Güneş pili teknolojisi, başlangıçta transistörler ve daha sonra entegre devreler için geliştirilen yüksek silikon teknolojisi standardından büyük ölçüde yararlandı. Bu, yüksek mükemmelliğe sahip tek kristal silikonun kalitesi ve mevcudiyeti için de geçerliydi. İlk yıllarda, güneş pilleri için sadece Czochralski (Cz) yetiştirilen tek kristaller kullanıldı.

Fotovoltaik sistem Nedir
Fotovoltaik Enerji Nedir
Fotovoltaik hücre Yapımı
Fotovoltaik malzemeler
Fotovoltaik etki Nedir
Fotovoltaik hücre Nedir
Fotovoltaik Panel
Fotovoltaik panel Nedir

Bu malzeme hala önemli bir rol oynamaktadır. Silisyum maliyeti bir güneş pilinin maliyetinin önemli bir kısmını oluşturduğundan, bu maliyetlerin düşürülmesi için büyük çabalar sarf edilmiştir.

1970’lere dayanan bir teknoloji, maliyetli çekme sürecini önleyen blok dökümdür. Silikon eritilir ve kare şeklinde bir SiO/SiN kaplı grafit potaya dökülür. Kontrollü soğutma, büyük bir kristal tane yapısına sahip çok kristalli bir silikon blok üretir.

Katı hal fiziğinden silikonun fotovoltaik dönüşüm için ideal malzeme olmadığını biliyoruz. Göreceli olarak düşük güneş radyasyonu soğurma özelliğine sahip bir malzemedir ve bu nedenle etkin soğurma için kalın bir silikon tabakası gereklidir. Teorik olarak bu, silikonun değerlik bandı maksimumunun iletim bandı minimumundan dengelendiği yarı iletken bant yapısı ile açıklanabilir.

Işık absorpsiyonunun temel süreci bir elektronun valanstan iletim bandına uyarılması olduğundan, ışık absorpsiyonu engellenir çünkü momentum değişikliği gerektirir. Daha uygun bir malzeme arayışı, neredeyse güneş pili teknolojisinin başlamasıyla başladı. Bu arayış ince film malzemeler üzerinde yoğunlaşmıştır. Onlara çok güçlü ışık emilimi sağlayan doğrudan bir bant yapısı ile karakterize edilirler.

Bugün, gelecek vaat eden malzeme ve teknolojiler ortaya çıkmaya başlasa da, hedef hala belirsiz. Ortaya çıkan ilk malzeme şekilsiz Silikondu (a-Si). Bu alandaki ikinci yarışmacının bile bu sefer amorf formundaki silikon elementine dayanması dikkat çekicidir.

Amorf silisyum, kristal silisyumdan temel olarak farklı özelliklere sahiptir. Ancak malzemenin temel özelliklerinin anlaşılması oldukça uzun zaman aldı. Bu malzemedeki yüksek beklenti, şu ana kadar elde edilen nispeten düşük verimlilik ve bu tür bir güneş pili için ilk ışık kaynaklı bozulma (Staebler-Wronski etkisi olarak adlandırılır) tarafından engellendi.

Günümüzde a-Si, özellikle iç mekan kullanımı olmak üzere tüketici uygulamalarında sabit bir yere sahiptir. Işığa bağlı bozunma sorunlarını anladıktan ve kısmen çözdükten sonra, amorf silikon enerji piyasasına girmeye başlar. Stabilize hücre verimliliği %13’e ulaşır. Modül verimlilikleri %6-8 aralığındadır. İnce film modüllerinin görsel görünümleri, onları cephe uygulamaları için çekici kılmaktadır.

Amorf silisyumun ötesinde, yüksek ışık absorpsiyonu gereksinimini karşılayan ve bu nedenle ince film güneş pilleri için uygun olan birçok başka potansiyel güneş pili malzemesi vardır. Periyodik tablodaki konumlarına göre III-V bileşikleri olan GaAs veya InP gibi bileşik yarı iletkenler sınıfına aittirler.

Diğer önemli gruplar, tıpkı elementel yarı iletkenler gibi atom başına dört bağa sahip olan II–VI ve I–III–VI2 bileşikleridir. Neredeyse sonsuz sayıda bileşiğin dikkate alınabileceği açıktır. Çoğu ampirik araştırmadan yalnızca çok az sayıda umut verici materyal elde edilmiştir.

Bunların başında Bakır İndiyum Diselenid (CIS) ve Kadmiyum Tellurid (CdTe) gelmektedir. Daha 1960’ların başlarında kadmiyum sülfür/bakır sülfür güneş pilleri geliştiriliyordu. Düşük verimlilik ve yetersiz stabilite sorunları, bu malzemenin daha fazla nüfuz etmesini engelledi.

The post Fotovoltaik Nedir? – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları first appeared on Online (Parayla Ödev Yaptırma).

Dahili foto efekti, katı bir cisim içindeki elektromanyetik radyasyonun soğurulmasını da tanımlar. Elektronlar bu durumda katı cisimden ayrılmamıştır. Sadece valans bandından iletim bandına kadar kaldırılırlar. Bu nedenle, katı cismin elektrik iletkenliğini artıran elektron-boşluk çiftleri yaratılır.Dahili foto etkisi, fotovoltaik etkinin ve dolayısıyla güneş pilinin temelidir. Bununla birlikte, fotovoltaik etki, örneğin bir metal-yarı iletken bağlantısı, bir p-n-bağlantısı veya bir p-n-hetero-bağlantısı gibi ek bir sınır katmanı gerektirir.

P-n Bölgeleri

Donörlerin ve alıcıların iyi tanımlanmış eklenmesiyle (difüzyon, alaşımlama, iyon implantasyonu), yarı iletken bir kristal içinde bitişik p- ve n-bölgeleri oluşturulur. Özellikle bir iletkenlikten diğerine ani geçişler epitaksi ile sağlanır. Burada, bir yarı iletkenin katman katman büyümesi, neredeyse bir atomik katman içinde bir sonrakine geçiş sağlar.

p- ve n-katkılı malzemeler temas ettirilirse, p-katkılı taraftaki delikler n-tipi bölgeye yayılır ve bunun tersi de geçerlidir. İlk olarak, iletim bandı içindeki elektronlardan ve değerlik bandı içindeki deliklerden oluşan p-n-kavşağında güçlü bir konsantrasyon gradyanı oluşur.

Bu konsantrasyon nedeniyle, p bölgesinden gradyan boşlukları n bölgesine yayılırken, elektronlar n- bölgesinden p- alanına yayılır. Difüzyon nedeniyle, p-n-kavşağının her iki tarafında çoğunluk taşıyıcılarının sayısı azalır. Durağan vericilere veya alıcılara iliştirilmiş olan yük daha sonra geçiş alanının p-tarafında negatif bir uzay yükü ve n-tarafında pozitif bir uzay yükü oluşturur.

Serbest yük taşıyıcılarının dengelenmiş konsantrasyonunun bir sonucu olarak, sınır arayüzü (p-n-kavşağı) boyunca bir elektrik alanı oluşur. Açıklanan işlem, difüzyon akışının ve ters akımın birbirini telafi ettiği bir tükenme katmanı oluşturur. Vericilerin ve alıcıların artık karşılanmayan sabit ücretleri, genişliği doping konsantrasyonuna bağlı olan bir tüketim katmanı tanımlar.

İdealleştirilmiş koşulları gösterir. Basitleştirilmiş olarak, çoğunluk taşıyıcı yoğunluğunun tüm uzay yükü bölgesi üzerinde ihmal edilebilir olduğu ve tüketim katmanı yoğunluğunun tükenme bölgesinin kenarlarına kadar sabit kaldığı varsayılmıştır.

Bu aynı zamanda ilgili doping konsantrasyonunun p-n sınırına kadar sabit olduğu anlamına gelir; p-n-geçişi böylece ani olur. Pozitif yüklü bir parçacığın karşılık gelen potansiyel eğrisini ve tükenme katmanında oluşturulan difüzyon voltajını gösterir.

Enerji aralığı modelinde elektronun enerjisi y ekseninde temsil edildiğinden, difüzyon voltajı ters yönde gösterilir ve bu nedenle yukarıda gösterilen dağıtım işleviyle eşleşmez.

Fotovoltaik Etki

Işık enerjisinin kuantumu olan fotonlar bir yarı iletkene çarpıp nüfuz ederse, enerjilerini valans bandından bir elektrona aktarabilirler. Böyle bir foton, tükenme katmanı içinde emilirse, bölgenin elektrik alanı, oluşturulan yük taşıyıcı çiftini doğrudan ayırır.

Elektron n-bölgesine doğru hareket ederken, delik p-bölgesine hareket eder. Bu tür bir ışık absorpsiyonu sırasında, elektron-boşluk çiftleri, p- veya n- bölgesi içindeki tükenme bölgesinin dışında (yani elektrik alanının dışında) yaratılırsa, termal nedeniyle difüzyonla uzay-yük bölgesine de ulaşabilirler. hareketler (yani yön bir elektrik alanı tarafından önceden belirlenmeden).

Bu noktada, ilgili azınlık taşıyıcıları (yani, p-bölgesindeki elektronlar ve n-bölgesindeki delikler), uzay-yük bölgesinin elektrik alanı tarafından toplanır ve karşı tarafa aktarılır. Tükenme katmanının potansiyel bariyeri, aksine, ilgili çoğunluk taşıyıcılarını yansıtır.

Son olarak, p tarafı pozitif olarak yüklenirken n tarafı negatif olarak yüklenir. Tükenme katmanının içinde ve dışında emilen fotonların her ikisi de bu şarja katkıda bulunur. Bu ışık kaynaklı yük ayırma işlemi, p-n-foto etkisi veya fotovoltaik etki olarak adlandırılır.

Bu nedenle, fotovoltaik etki ancak ışık absorpsiyonu sırasında oluşan iki yük taşıyıcıdan biri p-n-bağlantısını geçerse gerçekleşir. Bu, yalnızca tükenme katmanı içinde elektron-boşluk-çifti oluşturulduğunda meydana gelebilir. Bu elektrik alanın dışında, ışık tarafından oluşturulan yük taşıyıcı çiftlerinin rekombinasyon yoluyla kaybolma olasılığı giderek artmaktadır.

Fotovoltaik malzemeler
Fotovoltaik Nedir
Güneş fotovoltaik Nedir
Fotovoltaik hücre
Fotovoltaik sistemler ve uygulamaları
Fotovoltaik hücre yapısı
Fotovoltaik hücre üretimi
Fotovoltaik Panel

Bu, elektron-boşluk-çiftinin oluşum yeri ile tükenme katmanı arasındaki mesafe ne kadar büyükse o kadar olasıdır. Bu, yarı iletken malzeme içindeki yük taşıyıcıların “difüzyon uzunluğu” ile ölçülür. “Difüzyon uzunluğu” terimi, rekombinasyon gerçekleşmeden önce bir elektrik alanı olmayan alan içindeki elektronlar veya delikler tarafından aşılması gereken ortalama yol uzunluklarını ifade eder.

Bu difüzyon uzunluğu, yarı iletken malzeme tarafından belirlenir ve aynı malzeme söz konusu olduğunda, büyük ölçüde safsızlık içeriğine ve dolayısıyla dopinge (daha fazla katkılama, difüzyon uzunluğunun daha düşük olması) ve kristal mükemmelliğine bağlıdır.

Silikon için difüzyon uzunluğu yaklaşık 10 ila birkaç 100 μm arasında değişir. Difüzyon uzunluğu, yük taşıyıcının p-n-kavşağına olan mesafesinden daha azsa, çoğu elektron veya boşluk yeniden birleşir. Matematiksel olarak: belirli bir difüzyon uzunluğunun üstesinden geldikten sonra, ışıkla indüklenen yük taşıyıcıların sayısı 1/e’ye düşürülür; sonra iki difüzyon uzunluğunu kapladıktan sonra 1/e2’ye düşürülür.  Etkili bir yük taşıyıcı ayrımı elde etmek için difüzyon uzunluğu, bir fotovoltaik hücreye gelen güneş radyasyonunun absorpsiyon uzunluğunun bir katı olmalıdır.

Işınlama sırasında yük ayrımı nedeniyle, elektronlar n-bölgesinde birikir, oysa delikler p-bölgesinde birikir. Elektronlar ve boşluklar, biriken yüklerin itici kuvvetleri ek birikimi engellemeye başlayana kadar birikecektir; yani elektronların ve boşlukların birikmesiyle oluşan elektrik potansiyeli, p-n- bağlantısının difüzyon potansiyeli ile dengelenene kadar. Daha sonra güneş pilinin açık devre voltajına ulaşılır. Bu koşulları elde etme süresi neredeyse ölçülemeyecek kadar kısadır.

p- ve n-tarafları harici bir bağlantı ile kısa devre edilirse, kısa devre akımı ölçülür. Bu çalışma modunda, p-n- bağlantısındaki difüzyon voltajı geri yüklenir. Bir güneş pilinin çalışma prensibine göre, kısa devre akım artışı güneş ışınımı ile orantılı ve hemen hemen doğrusaldır.

Teknik Açıklama

Fotovoltaik enerji üretiminin teknik temelleri özetlenmiştir. Belirtilen temel rakamlar da dahil olmak üzere tüm açıklamalar en son teknolojiyi yansıtmaktadır. Üst düzey laboratuvar hücreleri veya modülleri daha iyi bir performansa sahip olabilir.

The post Fotovoltaik Etki – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları first appeared on Online (Parayla Ödev Yaptırma).