پاورپوینت سلولهای خورشیدی متداول

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

سلولهای خورشیدی متداول

اسلاید 2 :

کاربردهای فناوری نانو
انرژیهای نو
پنجم

اسلاید 3 :

اثر فوتوولتایی و سلولهای خورشیدی
کشف اثر فوتوولتایی به سال 1839 برمیگردد، اما توسعه و کاربردی شدن آن به کندی صورت گرفته است.

با پیشرفت مکانیک کوانتومی در اوایل قرن بیستم، توضیح پدیدههای مربوط به تبدیل نور به الکتریسیته، میسر گردید و اهمیت مواد نیمهرسانای تک بلور کشف و رفتار پیوند n-p توضیح داده شد.

اسلاید 4 :

در سال 1954 چاپین و همکارانش در آزمایشگاه بل، یک سلول خورشیدی سیلیکونی (با بازده %6) اختراع کردند.
اثر فوتوولتایی و سلولهای خورشیدی
در اواخر دهه 1950، سلولهای خورشیدی برای تأمین نیروی الکتریکی سیستمهای ماهوارهای استفاده شدند، زیرا این قطعات برای یک دوره طولانی نیاز به حفاظت و نگهداری نداشتند و بدون افت زیاد در بازده تبدیل، بسیار مفید بودند.
در دهه 1970 دانشمندان دریافتند که استفاده از اثر فوتوولتایی، میتواند پیشنهاد مناسبی در جهت تولید انرژی از منابع غیر فسیلی باشد.

اسلاید 5 :

در قرن گذشته اقتصاد بر روی منابع مختلف انرژی از قبیل انرژی هستهای، آب، باد، نفت و گاز تمرکز داشت.
تولید انرژی الکتریکی با استفاده از زغال سنگ، گاز و نفت مقادیر زیادی آلودگی منتشر میکند و از این رو مخاطرات سلامتی مطرح میشود.
انرژی هستهای بسیار گران و درگیر مسئله پرتودهی و پسماندهای خطرناک است.
همه این منابع تولید انرژی الکتریکی درگیر مسائل نگهداری، حمل و نقل و تحویل روزانه با وجود شرایط آب و هوایی نامساعد هستند.
از سوی دیگر، انرژی خورشیدی، منبعی بدون آلودگی، بینیاز به دستگاههای کمکی برای حمل و نقل را فراهم میکند.
با وجود این فوائد، سلولهای خورشیدی تنها 0/4 درصد از الکتریسیته شبکه جهانی را تولید میکنند، که دلیل آن هزینه بالای تولیداین سلولها است.
اثر فوتوولتایی و سلولهای خورشیدی

اسلاید 6 :

انواع سلولهای خورشیدی
سلولهای خورشیدی را میتوان به دو دسته مجزا تقسیم کرد:
سلولهای خورشیدی متداول
سلولهای خورشیدی اکسیتونی
بیشتر سلولهای خورشیدی بر پایه مواد آلی، شامل سلولهای خورشیدی رنگدانهای و سلولهای ترکیبی غیرآلی-پلیمری، در دسته XSC ها، قرار میگیرند.
در این سلولها، برانگیختگی الکترونی در اثر جذب نور، جفت الکترون-حفره مقید، که اکسیتون نامیده میشوند، تولید میکند.

اسلاید 7 :

اکسیتونها اگرچه به طور مستقیم در فصل مشترکهای ناهمگن تولید نمیشوند، باید در این فصل مشترکها پراکنده شوند، تا تولید فوتونیِ حاملهای بار صورت گیرد.
این یک ویژگی متمایز کننده XSCها است، که حاملهای بار بلافاصله پس از تولید، در یک فصل مشترک دوگانه تفکیک میشوند.
در مقابل در سلولهای معمولی، تولید فوتونی جفت الکترون-حفره آزاد، در نیمه رسانای حجیم رخ میدهد و جدایی بار، که بر اساس ورود آنها به پیوندگاه صورت میگیرد، فرآیندی است که پس از آن انجام میشود.
این تمایز به ظاهر کوچک منجر به تفاوتهای اساسی در رفتار فوتوولتایی میشود.
انواع سلولهای خورشیدی

اسلاید 8 :

سلولهای خورشیدی متداول
این سلولها، از پیوندگاههای صفحهای سیلیکونی (نیمهرساناهای نوعn و p) ساخته میشوند، که پتانسیل الکترواستاتیک در فصل مشترک، نیروی محرکه برای جدایی بارها را فراهم میکند.

اسلاید 9 :

هنگامی که فوتونهای نور به اتمهای نیمهرسانا، برخورد میکنند، الکترونها از جای خود بیرون رانده میشوند.
جدا شدن الکترونها، اتمهایی با بار مثبت باقی میگذارد. این اتمها الکترونهای آزاد در سیلیکون را جذب میکنند.
اگر یک پیوند n-p در سیلیکون تشکیل شود، این حرکت تصادفی میتواند به یک جریان از الکترونها تبدیل شود.
الکترونهای جدا شده بوسیله فوتونها در نزدیکی پیوند n-p به سمت ناحیه p پیوندگاه جذب میشوند، که نتیجه آن، بوجود آمدن یک جریان در حضور نور است.
مقدار جریان (بر حسب آمپر) مستقیماً متناسب با شدت نور است. پتانسیل جریان بر حسب ولت به شدت نور وابسته نیست.
اگر بوسیله هر فوتون که با سلول خورشیدی برخورد میکرد، یک الکترون جدا میشد، سلول %100 نوری را که به آن میرسید، به الکتریسیته تبدیل میکرد.
سلولهای خورشیدی متداول

اسلاید 10 :

پیوندگاه p-n ، خواص الکتریکی
نقش مهم پیوند n-p، تفکیک بار (الکترونها و حفرهها) تولید شده بوسیله نور است.
هنگامی که یک پیوند n-p تشکیل میشود، گرادیانهای بزرگ تراکم حامل موجب پخش حاملها میگردد.
به این صورت که حفرهها از نیمه رسانای نوع p به نیمه رسانای n و الکترونها از نیمه رسانای نوع n به نیمه رسانای نوع p پخش میشوند.

اسلاید 11 :

به دلیل وجود اتمهای ناخالص یونیزه شده، هنگامیکه الکترونها و حفرهها در عرض پیوند پخش میشوند، یک لایه بدون حاملهای بار متحرک، تشکیل میشود. این ناحیه را، ناحیه سدی مینامند.
پیوندگاه p-n ، خواص الکتریکی
ناحیه سدی، بوسیله یونهای دهنده و پذیرنده یونیزه شده، باردار میشود.
این بار فضایی، یک میدان الکتریکی بوجود میآورد که با پخش بار در عرض پیوند، مخالفت میکند.

اسلاید 12 :

هنگامی که جریان سوق ناشی از میدان الکتریکی با جریان پخش ناشی از گرادیان تراکم حامل، برابر میشود، تعادل گرمایی برقرار شده و در این هنگام، سطوح فرمی نیمهرساناهای نوع n و نوع p، مساوی میشوند.
پیوندگاه p-n ، خواص الکتریکی

اسلاید 13 :

اختلاف پتانسیل الکترواستاتیک بین نیمهرساناهای نوع n و نوع p در تعادل گرمایی، پتانسیل درونی، Vb، نامیده میشود و مساوی با اختلاف تابع کار سمت p و سمت n است:
پیوندگاه p-n ، خواص الکتریکی
در واقع، برقراری یک سطح فرمی برای سیستم در حالت تعادل گرمایی، بوسیله تولید یک انرژی پتانسیل الکترواستاتیک انجام میشود که پتانسیل درونی دارد.
به دلیل وجود این انرژی پتانسیل، نوارهای رسانش و ظرفیت در ناحیه اتصال دو نیمهرسانا دچار خمیدگی میشوند.

اسلاید 14 :

مشخصههای جریان- ولتاژ ایدهآل تحت تاریکی
در یک پیوند n-p، بین جریان با جهت موافق و جریان با جهت معکوس، تمایز وجود دارد.
هنگامیکه جهت جریان موافق است، الکترونها از ناحیه n و حفرهها از ناحیه p به سمت ناحیه تهی میآیند و به عنوان حاملهای اقلیت در ناحیهای که به طور مخالف آلاییده شده است، حرکت میکنند و در آنجا پس از طی مسیر متوسطی که از مرتبه طول پخش است، بازترکیب میشوند.
هنگامیکه جهت جریان معکوس است، الکترونها از ناحیه p و حفرهها از ناحیه n به سمت ناحیه تهی میآیند.

اسلاید 15 :

هنگامی که یک پیشولت با اتصال پایانه مثبت به سمت p و پایانه منفی به سمت n استفاده شود، ولتاژ به کار گرفته شده، پتانسیل الکترواستاتیک در ناحیه تهی را کاهش میدهد. این قطبیدگی، پیشولت موافق نامیده میشود.
مشخصههای جریان- ولتاژ ایدهآل تحت تاریکی
در این مورد جریان سوق، کاهش مییابد و پخش الکترونها و حفرهها به ترتیب از سمت n به سمت p و از p به n افزایش مییابد. در تعادل گرمایی، تراکم الکترونی در سمت n برابر است با:

اسلاید 16 :

با استفاده از تراکم الکترونی در مرز ناحیه تهی در سمت p :
مشخصههای جریان- ولتاژ ایدهآل تحت تاریکی
میتوان تراکم الکترونی در مرز ناحیه تهی در سمت n را محاسبه کرد.
بنابراین هنگامی که یک پیشولت موافق، VF، بر پیوند اعمال شود و در شرایط تزریق کم (nn≈nn0) تراکم الکترونی در مرز ناحیه تهی در سمت n، بدست میآید:
در لایه n، معادله پیوستگی حالت پایا برابر است با:
حل این معادله دیفرانسیلی به صورت زیر است:

اسلاید 17 :

چگالی جریان پخش در سمت n در x=xn برابر است با:
مشخصههای جریان- ولتاژ ایدهآل تحت تاریکی
به طور مشابه، چگالی جریان پخش در سمت p در x=-xp برابر است با:
بنابراین، چگالی جریان نهایی برابر میشود با:
J0 چگالی جریان اشباع نامیده شده و با عبارت زیر نشان داده میشود:

اسلاید 18 :

هنگامی که یک پیشولت معکوس بر روی پیوند به کار گرفته شود، ولتاژ اعمال شده،VR ، ولتاژ الکترواستاتیک در ناحیه تهی را افزایش میدهد. بنابراین، چگالی جریان پخش متوقف میشود.
مشخصههای جریان- ولتاژ ایدهآل تحت تاریکی
به طور مشابه، مشخصه جریان-ولتاژ تحت یک پیشولت معکوس با عبارت زیر داده میشود:

اسلاید 19 :

ساختن یک پیوند n-p، با مشخصه جریان- ولتاژ ایدهآل، مشکل است.
در یک سلول واقعی، بحث درباره تولید و بازترکیب حامل در ناحیه تهی، مفید خواهد بود.
در شرایط پیشولت معکوس، تولید الکترونها وحفره‎ها در ناحیه تهی، در میانه تراز انرژی نیمهرسانا در گاف ممنوعه انرژی رخ میدهد.
در پیشولت موافق، حاملها در نوار انرژی (در گاف ممنوعه انرژی) بازترکیب میشوند.
جریان بازترکیب با عبارت تقریبی داده میشود:
اثرات تولید و بازترکیب حامل
چگالی جریان موافق در پیوند n-p واقعی، با رابطه تجربی زیر داده میشود:
در پیوند n-p ایدهآل، هنگامیکه جریان پخش غالب است، n=1 و هنگامیکه جریان بازترکیب غالب است،n=2 میباشد.

اسلاید 20 :

هنگامیکه پیوند n-p تحت تابش نور خورشید قرار میگیرد، جفتهای الکترون- حفره، تولید میشوند، که تعدادشان وابسته به شدت نور است.
به دلیل میدان الکتریکی موجود در ناحیه سدی، سوق الکترونها به سمت ناحیه n و حفرهها به ناحیه p ، صورت میگیرد.
هنگامی که یک سیم خارجی به صورت مدار کوتاه به پیوند متصل شود، این جدایی بار، جریانی از n به سمت p بوجود میآورد.
خواص فوتو ولتایی