Teorie a konstrukce fotovoltaických článků

Garant předmětu:

Jiří Pfleger

Přednášející:

Jiří Pfleger

Cvičící:

Jiří Pfleger

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

Přednáška je zaměřena na základy fotovoltaické přeměny sluneční energie. Zabývá se klasickými fotovoltaickými články z krystalického křemíku i moderními trendy využívajícími nové materiály včetně polymerních, nové technologie i fyzikální principy. Posluchačům je poskytnut matematický a teoretický základ fotovoltaického jevu v různých typech funkčních struktur, ale též informace o souvisejících technologiích a použitých materiálech. K získání uceleného pohledu na problematiku fotovoltaiky bude část přednášky věnována i praktickým a ekonomickým aspektům aplikace fotovoltaických článků v distribučních elektrických sítích. Analýza životního cyklu fotovoltaických článků umožní posluchačům lépe se orientovat v problematice fotovoltaiky ve vztahu k životnímu prostředí.

Požadavky:

Znalosti teorie pevných látek a fyziky polovodičů (v rozsahu předmětů 11TPL, 11POL1 na FJFI)

Osnova přednášek:

1. Historický úvod, charakteristika slunečního záření na zemském povrchu, rozdělení fotovoltaických článků, základní dělení podle technologie (tlustovrstvé-deskové, tenkovrstvé a nekřemíkové technologie).

2. Fyzikální principy fotovoltaických článků: typy excitace v polovodičích, fotogenerace volných nosičů náboje, transport náboje, objemová a povrchová rekombinace.

3. Schottkyho diodová rovnice, charakteristická rovnice skutečného solárního článku, vliv sériového odporu, svodové vodivosti, závěrného proudu a termálního napětí. Výpočet účinnosti fotovoltaického článku, teoretické meze účinnosti, Shockley-Queisserův limit.

4. PN přechod jako fotodioda. Režim fotovodivostní a fotovoltaický. Doba života minoritních nosičů.

5. Přechod PN: typy přechodů podle způsobu vzniku (slitinové, difuzní, epitaxní, implantované, planární) podle krystalové struktury (homogenní, heterogenní), podle gradientu koncentrace příměsí (strmé a pozvolné, symetrické a asymetrické).

6. Výroba krystalických křemíkových fotovoltaických článků: výroba metalurgického a solárního křemíku, výroba ingotu a řezání ingotu na desky, texturace Si desek, vysokoteplotní difuze fosforu, depozice antireflexní a pasivační vrstvy, nanášení sběrných kontaktů, testování a třídění Si solárních článků.

7. Využití pokročilých technologií k dosažení vyšší účinnosti: plazmové leptání, N-typ křemíku jako výchozí materiál, sběrné kontakty, antireflexní vrstvy, nanotechnologie).

8. Tenkovrstvé články (amorfní křemík, mikrokrystalický křemík, CdTe, CIS, CIGS).

9. Hybridní organicko-anorganické solární články (Grätzelův článek).

10. Polymerní fotovoltaické články.

11. Zvýšení účinnosti (koncentrátorové solární články, využití dvoufotonových přechodů, fúze excitonů, násobení fotonů, články s vícenásobným přechodem).

12. Zapojení solárních článků do elektrických distribučních sítí. Akumulace energie.

13. Analýza životního cyklu solárních článků, ekonomické aspekty využití solárních článků, vliv na životní prostředí.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Pochopení základních teoretických myšlenek a praktické konstrukce fotovoltaických článků.

Schopnosti:

Porozumění zakladním otázkám konstrukce fotovoltaických článků a jejich využití

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]. Peter Würfel, Uli Würfel: 2nd updated and expanded ed.. Weinheim: Wiley-VCH, 2009,

[2]. W.R. Fahrner, M. Muehlbauer, H.C. Neitzert. Uetikon-Zürich: Trans Tech Publications, 2006,

[3]. Mario Pagliaro, Giovanni Palmisano, and Rosaria Ciriminna. Weinheim : Wiley-VCH, 2008,

[4]. Stephen J. Fonash: 2nd ed.. Burlington: Academic Press, 2010.

Doporučená literatura:

[5]. Bernhard Weller... [et al.]. -- 1st ed.. -- München : Institut für internationale Architektur-Dokumentation, 2010., Edited by Lewis Fraas, Larry Partain. 2nd ed.. Hoboken: Wiley, 2010.,

[6]. Roger A. Messenger, Jerry Ventre. 3rd ed.. Boca Raton: CRC Press, 2010.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost TR:386 Pfleger J. 16:00–17:50 (přednášková par. 1) Trojanova 13 učebna KIPL
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)
• Inženýrství pevných látek (volitelný předmět)