Embed Size (px)
Citation preview
Sunčane ćelije treće generacije
Andro Bačan, dipl.ing.el.Energetski institut Hrvoje Požar
10. Zagrebački energetski tjedanSeminar Hrvatske komore inženjere elektrotehnike
Tehnološki park, Zagrebački velesajam, Zagreb, 17. svibnja 2019
Sadržajo Sunčevo zračenjeo Fotonaponski efekto Tehnologije sunčanih ćelijao Sunčane ćelije treće generacije
– Perovskit– Organske sunčane ćelije– Sunčane ćelije u premazu
2
Prije početka, mali kviz…
3
Vjerojatno najpoznatiji inajpopularniji znanstvenikdvadesetog stoljeća, Albert Einstein,1922. godine dobio je Nobelovunagradu za fiziku, koja mu jedodijeljena za:
1. Postavljanje opće teorije relativnosti2. Objašnjenje fotoelektričkog efekta3. Postavljanje Bose-Einsteinove
statistike
Sunčevo zračenjeo Udaljenost: 149.598.023 kmo Zračenje na površini Zemljine
atmosfere - Sunčana konstanta: 1371 W/m2
o Vremenski profil ozračenosti ovisi o nagibu i orijentaciji plohe
o Posljedica prividnog gibanja Suncao Profili
– Godišnji– Dnevni
4
Spektar Sunčevog zračenja
5
Fotonaponski efektGeneriranje nosioca električnog naboja (elektrona) u poluvodičkom
materijalu pod djelovanjem svjetla (fotona)Foton je kvant energije:
E = h*fElektron će se generirati ako je energija fotona veća od energije
vezanja od energije tzv. zabranjenog pojasaSamo dio energije fotona se predaje elektronu
Fotoni valne duljine manje od granične ne mogu generirati elektron
6
Efikasnost pretvorbe o Shockley-Queisserova granica – 34%
– Teorijski maksimalna iskoristivost pretvorbe u jednom p-n spoju
o Više p-n spojeva – povećanje efikasnosti
o „Hvatanje” fotona određene bojeo Slojevi poluvodiča moraju biti dovoljni
tanki da omoguće difuziju fotona
7
Izvor: DGS, Leitfaden Photovoltaische Anlagen
Materijal Učinkovitost na razini modulu
Potrebna površina za 1 kW
Visoko učinkoviti silicij (HIT)Monokristalinični silicij
16-18%
11-16%
5-6m2
6-9m2
Polikristaliničnisilicij
10-15% 7-10m2
Tankoslojni:Bakar-indij-diselenid (CIS)
6-11% 9-17m2
Kadmij-telurid(CdTe)
6-11% 9-17m2
Mikromorfni silicij
Amorfni silicij
7-12%
4-7%
8,5-15m2
15-26m2
Tehnologije sunčanih ćelija
Najviše dosegnute efikasnosti sunčanih ćelija u zadnjih 40 godina
9
Proizvodnja sunčanih ćelija prve generacije
10
Sirovi silicij
Taljenje (1400°C)Kristalizacija
PiljenjeIzrada blokova
Sortiranje wafera
Wafer
Kompresiranisilicij
Spajanje ćelija u serijske nizove
Obrada površineSunčana ćelija
Difuzija p i n materijalaP-n spoj
Uokvireni FN modul
Što su sunčane ćelije treće generacije?o Napredna generacija sunčanih ćelijao Više p-n spojevao Amorfni materijalio Ekspreimentalna i razvojna faza – nisu komercijalno dostupneo Očekuju se efikasnosti preko 40% (Shockley–Queisser-ovo
ograničenje)o Pojednostavljeni način proizvodnjeo Nanomaterijalio Više p-n spojevao Niža cijena
11
Koncepti sunčanih ćelije treće generacijeo Organsko-polimerski filmovi i fluidio Heterospojo Višespojne sunčane ćelijeo Kvantne točkeo Sunčane ćelije s koncentriranjem Sunčevog zračenjao Modulacija spektra Sunčevog zračenja (konverzija prema gore i
prema dole)– Jedan foton – više elektrona
o Sunčane ćelije s vrućimnosiocima naboja
12
Tehnologije sunčanih ćelija treće generacijeo Sunčane ćelije bazirane na perovskituo Organske sunčane ćelije
– Sunčane ćelije na bazi polimerao Grätzelove sunčane ćelije – sunčane ćelije u „premazu”o Sunčane ćelije na bazi bakar-cink-kositar-sulfitao Termofotonaposke ćelijeo Kvantne točke
13
Sunčane ćelije bazirane na perovskituo Perovskit – mineral, kalcijev titanat (CaTiO3) – ime prema strukturi,
a ne prema konkretnom spojuo Teorijska maksimalna efikasnost od 31% - vrlo blizu teorijskoj
maksimalnoj efikasnosti GaAs od 34%– Dosegnute efikasnosti od 20%
o Visoka optička apsorpcija fotonao Moguća modulacija energije zabranjenog pojasa u ovisnosti o
udjelu halida (soli) u mineralnuo Obećavajuća tehnologija – očekivana cijena: 0,30 US$/Wo Nedostaci:
– Stabilnost– Korištenje olova
14
Proces proizvodnje
15
Sunčane ćelije bazirane na perovskitu - struktura
o Aktivni sloj baziran na perovskituo Heterospojo Elektrode
– Anoda – TiO2
– Katoda – laki metal – aluminij
16
Organske sunčane ćelijeo Sunčane ćelije na bazi ugljika
– Dostupan materijal – Nizak utjecaj na okoliš
o Materijali s niskom energijom zabranjenog pojasa (bandgap)
o Aktivni slojevi - heterospoj
17
Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.orgIzvor: Konarka
Organske sunčane ćelije – princip radao Aktivni materijal – heterospojo Akceptor: polimero Donor: fuleren (nanocijevi)o Anoda – Indij – kositar oksido HTL: polistireno ETL: litij-flourido Katoda - Aluminij
18
Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org
Organske ćelije – aktivni slojevi
19
Organske sunčane ćelije – povećanje efikasnosti
o Tandem spojo Slaganje više aktivnih slojeva jedan na drugio Svaki sloj „hvata” svoj dio spektra
20Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org
Organske sunčane ćelije – načini proizvodnje
21
Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org
22
Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org
Organske sunčane ćelijeo https://youtu.be/uUyesNpNcpY - proizvodnjao https://youtu.be/o425pMjZL1Y - instalacija
o Više na: http://plasticphotovoltaics.org/
23
Sunčane ćelije u „premazu”o Dye-sensitized solar cell - Grätzelove sunčane ćelijeo Organski premazi (boje) kao aktivni slojo Princip rada sličan fotosintezio Nedostaci:o Elektrolit, odnosno aktivni sloj je fluido Korištenje rijetkih materijala za elektrode
24
Sunčane ćelije u „premazu”o Injekcija elektrona
izravno na elektrodu (TiO)
o Elektrolit kao aktivan sloj
25
Sunčane ćelije na bazi bakar-cink-kositar-sulfita
o Slične kao CIGS ćelije, ali ne koriste rijetke ili elemente štetne za okoliš
o Efikasnosti od 12%
26
Termofotonaponske sunčane ćelije
o Emiter topline – u osnovi konverter topline u infracrveno svjetlo– 900 – 1200 °C
o Sunčana ćelija u IR području
27
Primjene sunčanih ćelija treće generacijeo Smanjenje cijene – samostalna primjena
– Potreban tehnološki napredako Za poboljšanje karakteristika sunčanih ćelija prve i druge generacije
– „Hvatanje” dijela spektra– Temperaturno stabiliziranje
28
HVALA NA PAŽNJI
Andro BačanEnergetski Institut Hrvoje Požar
Savska cesta 163, Zagreb, Croatia
T: + 385 1 6326 158
www.eihp.hr
