Opracował: Szymon Kamycki

1

2

3

4

5

1. Elektroda tylna (-)
2. Krzem typu p
3. Krzem typu n
4. Sieć elektrod

(+)

5. Warstwa antyrefleksyjna
6. Pokrycie szklane



Przetwarzanie energii światła w energię
elektryczną:



pośrednio – generując ciepło,



bezpośrednio – efekt fotowoltaiczny

Zjawisko fotoelektryczne

wewnętrzne

Światło (λ, E)

Swobodne

elektrony

i dziury

Przejście dziur do obszaru p

i elektronów do obszaru n

Naładowanie warstwy n

ujemnie

i warstwy p dodatnio

Powstanie różnicy

potencjałów

n

n

p

p



I

sc

– prąd zwarciowy



U

oc

– napięcie ogniwa nieobciążonego



W

p

– moc maksymalna



U

mp

– napięcie przy mocy maksymalnej



I

mp

– prąd przy mocy maksymalnej



40% energii Słońca odbija atmosfera



20% jest przez nią pochłaniane



tylko 40% energii Słońca dociera do pow.
Ziemi

2,7 kWh/m

2

w ciągu dnia

na naszej szerokości geograficznej

Odpowiada to spaleniu ⅓ litra benzyny.

1. Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu

monokrystalicznego

2. Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu

polikrystalicznego

3. Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne ze

związków półprzewodnikowych:

a) krzem amorficzny
b) CdTe
c) CIS – CuInSe

2

(selenek indowo-miedziowy)

d) GaAs (zastosowania kosmiczne)
4. Materiały polimerowe



Stosunek uzyskiwanej z ogniwa energii
elektrycznej do energii promieniowania
padającego na jego powierzchnię.



Pomiarów dokonuje się przy rozkładzie
widmowym AM 1,5, natężeniu promieniowania
1000 W/m

2

i temperaturze 25

o

C.



1954r., Laboratoria Bell’a -> 4,5 %, po kilku
miesiącach udało się zwiększyć do 6 %.



1957r. Hoffman Electronics -> 8 %.



1960r. Hoffman Electronics -> 14 %.



Lata ’70, średnica ogniw 30mm, sprawność 12,5%.



Dzisiaj sprawność ogniw dochodzi do 25 – 30 %.



Uzyskiwanie energii fotoelektrycznej jest nadal ok. 10

krotnie droższe od zastosowania energii jądrowej

Zastosowanie jej staje się opłacalne w przypadku gdy
punkt odbioru energii znajduje się w odległości większej niż
10 km od najbliższej sieci elektrycznej

Granica

termodynamiki

Dzisiejsza

granica

technologiczna



Wykonywane metodą Czochralskiego i tzw. Flat Zone. Okrągłe płytki
przycinane są do kwadratów w celu lepszego upakowania.



Typowe wymiary to 10x10 cm, 200-400 um grubości, napięcie
nominalne to 0,5V



Wykazują znakomite własności i sprawności: 14 – 17,5 % dla produkcji
masowej i ok. 25% dla rozwiązań specjalnych



Ogniwa do zastosowań kosmicznych, wykonane z GaAs osiągają
sprawności do 25%



Spadek sprawności do 90% po
25 latach i do 80 % po 30 latach



Wykonane są z dużych prostopadłościennych
bloków krzemu. W specjalnych piecach roztopiony
krzem jest powoli chłodzony i inicjowany jest
wzrost polikryształu.



Ogniwa wykonane z tych materiałów są mniej
wydajne (10 – 14 %), lecz proces ich produkcji
jest tańszy.



Spadek sprawności do
90 % po 10 latach
i do 80% po 25 latach



Najbardziej rozpowszechnione materiały to:



CdTe – najbardziej rozpowszechniona metoda wytwarzania
to technika bliskiej sublimacji. Osiągane sprawności to 8 %
na potrzeby rynkowe i 16 % na potrzeby laboratoryjne.
Największa wada to toksyczne właściwości kadmu.



SIC (CuInSe

2

, diselenek indowomiedziowy) – technika z

potencjalną sprawnością 18 %, stabilne wartości w
produkcji masowej to ok. 11 %. Wada to wysoki koszt
produkcji.



Występowanie naprzemiennie wiązań pojedynczych
i podwójnych -> właściwości elektryczne zbliżone to
półprzewodników samoistnych.



Zalety:
prosta, tania technologia
lekkie, elastyczne
możliwość osadzania niemal na każdej powierzchni



Wady:
skromna wydajność – ok. 3 %

Si Monokrystaliczny

Si HIT Monokrystaliczy

Si HIT Polikrystaliczny

Si Polikrystaliczny

Si Ribbon

CIS

CdTe

Si Amorficzny

Greatzel

Polimer

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
24 26

- produkcja
masowa

- wyniki laboratoryjne

Technologia „silver”.
Paski o szerokości 1,5 mm, długości 10 cm i grubości 0,05

mm układane są na podłożu szklanym.

Pozwala to na 7 – 10 krotne zmniejszenie zużycia krzemu.

Światło przechodzi przez szczeliny miedzy paskami i ulega

odbiciu od zwierciadła z tylu modułu i ponownie pada na
ogniwo „silver”.



Wydajność ok. 22%, możliwość zwiększenia dzięki
zastosowaniu monokryształów i wyrafinowanej
obróbce.



Koszty zakupu zwracają się po 1,5 roku.



Możliwość dwustronnego oświetlania paneli.



Moc 100W (2006r.)

Dziękuję !