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.

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

Bir yarı iletkende ışığın soğurulması veya başka yollarla “fazla” yük taşıyıcılar oluşursa, termal denge bozulursa, kaynak “kapatıldıktan” sonra bu fazla yük taşıyıcıların yok edilmesi gerekir. Bu sürece rekombinasyon denir.

Rekombinasyon için en önemli mekanizmalar, ışınımsal rekombinasyon ve kusur seviyeleri yoluyla rekombinasyondur. Radyasyonlu rekombinasyon, elektronların iletim bandındn valans bandına “geri çekilmesi” ve böylece aynı sayıda deliği yok etmesidir.

Süreç, absorpsiyonun tam tersidir ve bu rekombinasyon enerjisinin bant aralığının Eg enerjisine karşılık gelmesi gerektiği açıktır. Silisyumda bu rekombinasyon absorpsiyon kadar olası değildir, bu da dolaylı yarı iletkenlerin uzun yük taşıyıcı ömürlerine sahip olması gerektiği anlamına gelir. Silikonda, baskın rekombinasyon mekanizması boşluktaki seviyeler aracılığıyladır.

Yarı iletkenlerde ömrün temel olarak safsızlıkların ve kristal kusurlarının varlığı tarafından belirlendiği bilinen bir gerçektir. Beş değerli veya üç değerlikli bir katkı maddesinin elektron yapısına sahip olmayan atomların dahil edilmesinin, bandın kenarına yakın olması gerekmeyen enerji seviyeleri ile kusur seviyelerine yol açacağı makuldür.

Yasak bandın daha derinlerinde yer alabilirler ve bu nedenle derin kusurlar olarak adlandırılırlar. Silisyumdaki farklı maddeler için bu enerji düzeylerinin bir kısmını gösterir. Yük taşıyıcılar için tuzak oldukları için “tuzak seviyeleri” olarak da adlandırılan bu safsızlık seviyeleri, yük taşıyıcıların rekombinasyonunu yüksek derecede belirler.

Yasak banttaki bir enerji seviyesi için dört temel süreç mümkündür:

– bir elektron, boş bir enerji seviyesi (1) tarafından yakalanır;
– dolu bir seviyeden iletim bandına (2) bir elektron yayılır;
– dolu bir enerji seviyesi (3) tarafından bir delik yakalanır;
– valans bandında (4) boş bir duruma bir delik yayılır.

Bir enerji seviyesi aralığın ortasına ne kadar yakınsa, rekombinasyon merkezi olarak verimliliği o kadar yüksek olur. Ayrıca atomik özellikleri de etkilidir. Elektronları ve delikleri yakalama kesitleri ile karakterize edilebilirler.

Bir yarı iletken malzemenin kalitesi, azınlık taşıyıcılar için kullanım ömrü τ ile ifade edilir. Açıkçası, iyi malzeme uzun bir ömre sahiptir. Güneş pilleri için ömürden türetilen difüzyon uzunluğu L daha da önemlidir.

Fazla bir taşıyıcının rekombinasyonla yok edilmeden önce difüzyonla hareket edebileceği mesafedir. Yalnızca p-n bağlantısından difüzyon uzunluğu kadar bir mesafe içinde soğurulan ışık elektrik çıkışına katkıda bulunabilir. Yüksek verimli hücreler, hücre kalınlığından daha büyük bir difüzyon uzunluğuna sahip olmalıdır.

Güneş paneli ile güneş pili arasındaki fark
Güneş pili Nedir
Amorf silisyum güneş Pilleri
Güneş pili Ne İşe Yarar
Güneş enerjisi ve güneş pilleri
Güneş pili çalışma Prensibi
Güneş Pili
Organik güneş pilleri

Silikon Güneş Pili

Güneş pillerinin fiziği, kristalin silikon piller için en basittir. Yarı iletken cihazların ve dolayısıyla güneş pillerinin işlevini anlamak için, bir p-n birleşimindeki süreçlerin kesin olarak anlaşılması çok önemlidir.

Birçok yarı iletken cihazın temel birimi, iki farklı katkı maddesinin doğrudan birbirine bitişik olduğu bir yarı iletken gövdedir. Aynı kafes içinde p-katkılı bir alan n-katkılı bir alanla birleşirse buna p-n bağlantısı denir.

Basit bir örnekte, silikonda her iki katkı maddesinin de aynı büyüklükte olduğunu ve aniden birleştiğini varsayıyoruz. Bu davranışı netleştirebilir. Sol taraftaki x < 0, örneğin, NA = 1016 atom/cm-3 konsantrasyonuna sahip bor atomları ile katkılanır, bu da onu p-iletken yapar. Öte yandan sağ taraf x > 0, ND = 1016 cm-3’te fosfor atomları ile katkılanabilir, bu da onu n-iletken yapar.

Serbestçe hareket eden yük taşıyıcılar, konsantrasyondaki NA’dan ND’ye ani değişimi takip etmeyecektir. Bunun yerine, konsantrasyon farkından dolayı taşıyıcılar dağılacaktır, yani p bölgesindeki delikler n bölgesine hareket edecek ve n alanındaki elektronlar p bölgesine hareket edecektir.

Difüzyon akımları oluşacaktır. Artık elektriksel olarak telafi edilmeyen iyonize alıcılar ve donörler, sabit alan yükleri olarak geride kalır. Negatif uzay yükleri sol tarafta p bölgesinde, pozitif uzay yükleri ise n bölgesinde sağ tarafta ortaya çıkar.

Buna uygun olarak, bir levha kondansatöründe meydana geldiği gibi, p-n bağlantısında, yayılan yük taşıyıcılarını difüzyona zıt yönde hareket ettirecek şekilde yönlendirilen bir elektrik alanı yaratılır. Bu süreç, bir denge sağlanana kadar veya başka bir deyişle, difüzyon akışı eşit büyüklükte bir alan akımı tarafından dengelenene kadar devam eder. Yarı iletkenin her iki tarafı da topraklanmış olsa bile (son derece büyük) bir dahili elektrik alanı mevcuttur.

p-n bağlantısı aydınlatıldığında, ışığın emildiği her yerde yük taşıyıcı çiftleri üretilecektir. Kavşaktaki güçlü alan, azınlık taşıyıcılarını kavşak boyunca çeker ve bir akım akışı oluşur. Yarı iletken cihaz termal dengede değildir, bu da elektrik gücünün bir yüke verilebileceği anlamına gelir.

Bu bir güneş pilinin temel mekanizmasıdır. Buna göre tipik bir güneş pili, bir diyot özelliğine sahip bir p-n bağlantısından oluşur. Bu özellik, standart katı hal fiziğinden türetilebilir.

I, uygulanan voltaj VA’da diyottan geçen akımdır. VT sabittir, termal voltaj olarak adlandırılır. I0, yarı iletken malzemenin tipine, doping yoğunluğuna ve kalitesine ve p-n bağlantısının kalitesine bağlı olan diyot doyma akımıdır.

Bu kavşak aydınlatılırsa, ek bir akım, ışık tarafından üretilen akım IL eklenir. Negatif işaret, kutupsallık kurallarından kaynaklanır. Şimdi akım I artık sıfır voltajda sıfır değil, IL’ye kaydırıldı. Güç, bir elektrik yüküne iletilebilir. Aydınlatmalı ve aydınlatmasız I/V karakteristiği gösterilir.

Bu şekil ayrıca üç önemli niceliği tanımlar: Voc, açık devre gerilimi, Isc, IL ile aynı olan kısa devre akımı ve V ile I ürününün maksimumda olduğu maksimum güç noktası Pm. Bu, güneş pilinin optimum çalışma noktasıdır. Pm’deki gerilim ve akım Vm ve Im’dir.

İdeal güneş hücresinin dikdörtgene yaklaşan bir özelliği olduğu açıktır. Doldurma faktörü F F = Im Vm/ Isc Voc bire yakın olmalıdır. Çok iyi kristal silisyum güneş pilleri için dolgu faktörleri %0,8 veya %80’in üzerindedir. (2.3)’ten doygunluk akımı I0’ın önemini de anlayabiliriz. Açık devre gerilimi, hücreden akım çekilmediğinde elde edilir. 

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