Transcript CdS/CdTe
Slide 1
Методология моделирования
фотоэлектрических процессов для
оптимизации технологии
халькогенидных тонкопленочных
полупроводниковых структур
солнечных элементов
Г.С. Хрипунов, В.А. Геворкян,
П.П. Гладышев
Дубна 2014
Slide 2
МИРОВОЙ РЫНОК CЭ
89% - ФЭП на основе
кристалического кремния ;
6% - пленочные ФЭП на основе
теллурида кадмия ;
4% - пленочные ФЭП на основе
аморфного гидрогенизированного
кремния ;
1% - пленочные ФЭП на основе
диселенида меди и индия
В 2008 году установленная мощность ФЭП – 14 232 МВт: Испания – 41,3%
Германия – 27,8% США – 6%.
Темпы увеличения мирового рынка ФЭП - 53%.
.
Slide 3
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
• Включение систем энергоснабжения основе СЭ в
государственную энергетическую систему.
• Дотационная поддержка цены на солнечную электроэнергию за счет
прибыли энергетических компаний .
• Беспроцентные ссуды населению нва покупку СЭ
Slide 4
Преимущества тонкопленочных элементов:
•Низкая стоимость;
•Малый расход материала;
•Малое потребление энергии на производство;
•Более короткий период окупаемости.
Рис. Прогноз в потребности СЭ
В США доля тонкопленочных СЭ в сегменте рынка достигла
39 %.
Slide 5
Программа развития компании First Solar
Аналитики компании IDTechEx считают, что рост рынка
СЭ на основе CdTe будет продолжаться и достигнет
15 миллиардов дол. США к 2019
Slide 6
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО СЭ НА
ОСНОВЕ CdTe НА СТЕКЛЯННЫХ ПОДЛОЖКАХ
Slide 7
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
Slide 8
CSS ТЕХНОЛОГІЯ CdTe
Slide 9
ПРЕИМУЩЕСТВА ГИБКИХ СЭ
• Использование
“рулонной технологии ”.
• Снижение веса ФЭП на 98%.
• Достижение рекордных значений электрической мощности на единицу веса
приборной структуры (для военного и космического использования ).
• Возможность монтажа на поверхности любых форм .
• Создание автономных малогабаритных источников энергии ( в том числе для
чрезвычайных ситуаций) .
9
Slide 10
СЕГМЕНТЫ РЫНКА
Slide 11
СЭ GLASS/ITO/CdTe/CdS/Cu/Au
Slide 12
ТЕХНОЛОГИЯ ФОМИРОВАНИЯ СЭ
Slide 13
ТЕХНОЛОГИЯ МАГНЕТРОННОГО
РАСПЫЛЕНИЯ
Slide 14
Исходя из эквивалентной схемы и
вытекающего из нее уравнения для
плотности тока, протекающего через
нагрузку , была разработана методология
моделирования фотоэлектрических
процессов для оптимизации технологии
халькогенидных тонкопленочных
полупроводниковых структур солнечных
элементов
Slide 15
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА СЭ
Jн = -Jф+Jо{exp[е(Uн-JнRп)/(АkТ)]-1}+(Uн- JRп)/Rш ,
где Jн – плотность тока, протекающего через нагрузку; е - заряд
электрона; k - постоянная Больцмана; Т - температура солнечного
элемента ; Uн – падение напряжения на нагрузке.
Slide 16
Согласно
эквивалентной
схеме СЭ
количественными
характеристиками фотоэлектрических процессов являются
световые диодные характеристики солнечного элемента:
плотность фототока (Jф), плотность диодного тока насыщения
(Jо), коэффициент идеальности диода (А), последовательное
сопротивление (Rп) и шунтирующее сопротивление (Rш),
рассчитываемые на единицу площади СЭ.
Связь эффективности СЭ со световыми диодными
характеристиками в неявном виде описывается теоретической
световой ВАХ СЭ:
Jн=-Jф+Jо{exp[е(Uн-JнRп)/(АkТ)]-1}+(Uн-JRп)/Rш,
(1)
где Jн – плотность тока, протекающего через нагрузку; е заряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т - температура
солнечного элемента ; Uн – падение напряжения на нагрузке.
Анализируя это выражение, можно показать, что с ростом Jф,
Rш и с уменьшением Jо, А, Rп эффективность СЭ возрастает.
Slide 17
Путем
аппроксимации
экспериментально полученных
значений Iн и Uн, теоретическим выражением (1) можно
определить
выходные параметры,
световые диодные
характеристики и КПД СЭ. При этом можно лишь качественно
идентифицировать влияние световых диодных характеристик на
выходные параметры и эффективность СЭ. В то же время для
идентификации физических механизмов, определяющих КПД
СЭ важно устанавливать количественную связь. Это позволяет
определять доминирующие световые диодные характеристики.
В результате появляется возможность существенно уменьшить
объем экспериментальных исследований по установлению
физические
закономерности
влияния
технологических
параметров изготовления и конструкции пленочных СЭ
на
основе CdS/CdTe на их эффективность.
Этапы реализации этого подхода представлены на следующем
слайде.
Slide 18
Этапы определения физических закономерностей
влияния технологических параметров изготовления
на эффективность СЭ
Slide 19
ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОВЫХ ВАХ
Slide 20
ИЗМЕРЕНИЕ ФОТОЧУСТВИТЕЛЬНОСТИ
Slide 21
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЕТОВЫХ
ДИОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НА КПД СЭ.
Таким образом, реализуется разработанный алгоритм
Оптимизации структуры и конструкции СЭ.
Slide 22
Спасибо за внимание!
Методология моделирования
фотоэлектрических процессов для
оптимизации технологии
халькогенидных тонкопленочных
полупроводниковых структур
солнечных элементов
Г.С. Хрипунов, В.А. Геворкян,
П.П. Гладышев
Дубна 2014
Slide 2
МИРОВОЙ РЫНОК CЭ
89% - ФЭП на основе
кристалического кремния ;
6% - пленочные ФЭП на основе
теллурида кадмия ;
4% - пленочные ФЭП на основе
аморфного гидрогенизированного
кремния ;
1% - пленочные ФЭП на основе
диселенида меди и индия
В 2008 году установленная мощность ФЭП – 14 232 МВт: Испания – 41,3%
Германия – 27,8% США – 6%.
Темпы увеличения мирового рынка ФЭП - 53%.
.
Slide 3
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
• Включение систем энергоснабжения основе СЭ в
государственную энергетическую систему.
• Дотационная поддержка цены на солнечную электроэнергию за счет
прибыли энергетических компаний .
• Беспроцентные ссуды населению нва покупку СЭ
Slide 4
Преимущества тонкопленочных элементов:
•Низкая стоимость;
•Малый расход материала;
•Малое потребление энергии на производство;
•Более короткий период окупаемости.
Рис. Прогноз в потребности СЭ
В США доля тонкопленочных СЭ в сегменте рынка достигла
39 %.
Slide 5
Программа развития компании First Solar
Аналитики компании IDTechEx считают, что рост рынка
СЭ на основе CdTe будет продолжаться и достигнет
15 миллиардов дол. США к 2019
Slide 6
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО СЭ НА
ОСНОВЕ CdTe НА СТЕКЛЯННЫХ ПОДЛОЖКАХ
Slide 7
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА
Slide 8
CSS ТЕХНОЛОГІЯ CdTe
Slide 9
ПРЕИМУЩЕСТВА ГИБКИХ СЭ
• Использование
“рулонной технологии ”.
• Снижение веса ФЭП на 98%.
• Достижение рекордных значений электрической мощности на единицу веса
приборной структуры (для военного и космического использования ).
• Возможность монтажа на поверхности любых форм .
• Создание автономных малогабаритных источников энергии ( в том числе для
чрезвычайных ситуаций) .
9
Slide 10
СЕГМЕНТЫ РЫНКА
Slide 11
СЭ GLASS/ITO/CdTe/CdS/Cu/Au
Slide 12
ТЕХНОЛОГИЯ ФОМИРОВАНИЯ СЭ
Slide 13
ТЕХНОЛОГИЯ МАГНЕТРОННОГО
РАСПЫЛЕНИЯ
Slide 14
Исходя из эквивалентной схемы и
вытекающего из нее уравнения для
плотности тока, протекающего через
нагрузку , была разработана методология
моделирования фотоэлектрических
процессов для оптимизации технологии
халькогенидных тонкопленочных
полупроводниковых структур солнечных
элементов
Slide 15
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА СЭ
Jн = -Jф+Jо{exp[е(Uн-JнRп)/(АkТ)]-1}+(Uн- JRп)/Rш ,
где Jн – плотность тока, протекающего через нагрузку; е - заряд
электрона; k - постоянная Больцмана; Т - температура солнечного
элемента ; Uн – падение напряжения на нагрузке.
Slide 16
Согласно
эквивалентной
схеме СЭ
количественными
характеристиками фотоэлектрических процессов являются
световые диодные характеристики солнечного элемента:
плотность фототока (Jф), плотность диодного тока насыщения
(Jо), коэффициент идеальности диода (А), последовательное
сопротивление (Rп) и шунтирующее сопротивление (Rш),
рассчитываемые на единицу площади СЭ.
Связь эффективности СЭ со световыми диодными
характеристиками в неявном виде описывается теоретической
световой ВАХ СЭ:
Jн=-Jф+Jо{exp[е(Uн-JнRп)/(АkТ)]-1}+(Uн-JRп)/Rш,
(1)
где Jн – плотность тока, протекающего через нагрузку; е заряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т - температура
солнечного элемента ; Uн – падение напряжения на нагрузке.
Анализируя это выражение, можно показать, что с ростом Jф,
Rш и с уменьшением Jо, А, Rп эффективность СЭ возрастает.
Slide 17
Путем
аппроксимации
экспериментально полученных
значений Iн и Uн, теоретическим выражением (1) можно
определить
выходные параметры,
световые диодные
характеристики и КПД СЭ. При этом можно лишь качественно
идентифицировать влияние световых диодных характеристик на
выходные параметры и эффективность СЭ. В то же время для
идентификации физических механизмов, определяющих КПД
СЭ важно устанавливать количественную связь. Это позволяет
определять доминирующие световые диодные характеристики.
В результате появляется возможность существенно уменьшить
объем экспериментальных исследований по установлению
физические
закономерности
влияния
технологических
параметров изготовления и конструкции пленочных СЭ
на
основе CdS/CdTe на их эффективность.
Этапы реализации этого подхода представлены на следующем
слайде.
Slide 18
Этапы определения физических закономерностей
влияния технологических параметров изготовления
на эффективность СЭ
Slide 19
ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТОВЫХ ВАХ
Slide 20
ИЗМЕРЕНИЕ ФОТОЧУСТВИТЕЛЬНОСТИ
Slide 21
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СВЕТОВЫХ
ДИОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НА КПД СЭ.
Таким образом, реализуется разработанный алгоритм
Оптимизации структуры и конструкции СЭ.
Slide 22
Спасибо за внимание!