Скачать презентацию Эволюция фотовольтаических устройств Григорьева А В Факультет наук Скачать презентацию Эволюция фотовольтаических устройств Григорьева А В Факультет наук

Эволюция фотовольтаических элементов short.pptx

  • Количество слайдов: 50

Эволюция фотовольтаических устройств Григорьева А. В. Факультет наук о материалах Химический факультет Наноград 2016 Эволюция фотовольтаических устройств Григорьева А. В. Факультет наук о материалах Химический факультет Наноград 2016 Г. Ульяновск

Альтернативные источники энергии Солнечная энергетика Ветроэнергетика Гидроэлектростанции Приливные и волновые электростанции • Геотермальные станции Альтернативные источники энергии Солнечная энергетика Ветроэнергетика Гидроэлектростанции Приливные и волновые электростанции • Геотермальные станции • Биотопливо • • 2

Энергия Солнца 3 Энергия Солнца 3

Излучение Солнца у поверхности Земли vs. 4 Излучение Солнца у поверхности Земли vs. 4

Излучение Солнца у поверхности Земли 5 http: //sustainablebalance. ca/solar-irradiance-and-earths-atmosphere/ Излучение Солнца у поверхности Земли 5 http: //sustainablebalance. ca/solar-irradiance-and-earths-atmosphere/

Максимальная эффективность (%) Предел Шокли-Квиссера 1 э. В = 1240/1 нм Энергия запрещенной зоны Максимальная эффективность (%) Предел Шокли-Квиссера 1 э. В = 1240/1 нм Энергия запрещенной зоны материала, э. В 6

Приходящая световая энергия (%) Предел Шокли-Квиссера Энергия запрещенной зоны материала, э. В 7 Приходящая световая энергия (%) Предел Шокли-Квиссера Энергия запрещенной зоны материала, э. В 7

Характеристики идеального солнечного элемента 1. Оптимальный диапазон поглощения 2. Эффективность поглощения, в том числе Характеристики идеального солнечного элемента 1. Оптимальный диапазон поглощения 2. Эффективность поглощения, в том числе при различных углах падения 3. Устойчивость при эксплуатации: термостабильность, фотостабильность, стабильность при циклировании устройства Что надо знать: üОсновы зонной теории üПринцип работы устройств üОсновы химии твердого тела и электрохимии 8

Современные направления развития фотовольтаики Полупров одникова я Энергия Солнца Термофотоволь таика Ячейка Гретцеля Перовски Современные направления развития фотовольтаики Полупров одникова я Энергия Солнца Термофотоволь таика Ячейка Гретцеля Перовски тная Полимер ная 9

Полупроводниковая электроника 10 http: //motocarrello. ru/jelektrotehnologii/1296 -solnechnaja-batareja. html Полупроводниковая электроника 10 http: //motocarrello. ru/jelektrotehnologii/1296 -solnechnaja-batareja. html

Основы зонной теории Шкала проводимости кристаллического твердого тела Материалы 11 Различное взаимное расположение энергетических Основы зонной теории Шкала проводимости кристаллического твердого тела Материалы 11 Различное взаимное расположение энергетических зон по шкале энергии

Образование энергетических зон Образование энергетических зон

Зонная структура лития Зонная структура лития

Элементы подгруппы углерода Зона проводимости Валентная зона Запрещенная зона Eg = 0 Элементы подгруппы углерода Зона проводимости Валентная зона Запрещенная зона Eg = 0

Элементы подгруппы углерода Какие это элементы? C(графит) 5. 4 э. В Si 1. 12 Элементы подгруппы углерода Какие это элементы? C(графит) 5. 4 э. В Si 1. 12 э. В Ge 0. 67 э. В Sn 0 ; 0. 1 Pb 0

Основы зонной теории Основы зонной теории

p-n переход p n nn p 17 p-n переход p n nn p 17

p-n переход в кремниевых ФЭУ n Легирование n-примесью: As, P, Se p Легирование p-примесью: p-n переход в кремниевых ФЭУ n Легирование n-примесью: As, P, Se p Легирование p-примесью: B, Be Phys. Chem. Phys. , 2014, 16, 15400 -15410 18

Устройство кремниевого солнечного элемента 19 Устройство кремниевого солнечного элемента 19

Устройство полупроводникового солнечного элемента § CIS, direct band gap with Eg~ 1 e. V, Устройство полупроводникового солнечного элемента § CIS, direct band gap with Eg~ 1 e. V, α>105 cm-1 ü high cell efficiency (19. 2 %), model efficiency (13. 4%) ü comparatively long lifetime üCurrent complicated and capital intensive fabrication § Cd. Te, direct band gap with Eg~ 1. 45 e. V, α>105 cm-1 -ideal suited for PV applications § Record cell efficiency 16. 5 % (NREL) § Numerous promising processing techniques 20

Производство кремния Монокристаллический кремний: • Метод Чохральского • Метод Бриджмена • Метод Киропулоса 21 Производство кремния Монокристаллический кремний: • Метод Чохральского • Метод Бриджмена • Метод Киропулоса 21

Производство кремниевых ФЭУ 22 Производство кремниевых ФЭУ 22

Пиромидальная структура поверхности кремниевого модуля Vol. 22, No. S 6 | DOI: 10. 1364/OE. Пиромидальная структура поверхности кремниевого модуля Vol. 22, No. S 6 | DOI: 10. 1364/OE. 22. 0 A 1422 | OPTICS EXPRESS A 1422 -A 1430 23

Тандемные полупроводниковые модули Semi-transparent perovskite solar cells for tandems with silicon and CIGS† Colin Тандемные полупроводниковые модули Semi-transparent perovskite solar cells for tandems with silicon and CIGS† Colin D. Bailie, ‡a M. Greyson Christoforo, ‡b Jonathan P. Mailoa, c Andrea R. Bowring, a Eva L. Unger, a William H. Nguyen, d Julian Burschka, § e Norman Pellet, e Jungwoo Z. Lee, c Michael Gratzel, ¨ e Rommel Noufi, f Tonio Buonassisi, c Alberto Salleoa and 24 Michael D. Mc. Gehee

Термофотовольтаика Эффективность конверсии – 3, 2 % 26 Термофотовольтаика Эффективность конверсии – 3, 2 % 26

Термофотовольтаика Эффективность конверсии – 3, 2 % 27 Термофотовольтаика Эффективность конверсии – 3, 2 % 27

p-проводники Органические ФВУ P 3 HT n-проводники Spiro-Me. OTAD PEDOT: PSS PCBM 28 p-проводники Органические ФВУ P 3 HT n-проводники Spiro-Me. OTAD PEDOT: PSS PCBM 28

Органические ФВУ Нормальное органическое ФВУ Инвертированное органическое ФВУ 29 Органические ФВУ Нормальное органическое ФВУ Инвертированное органическое ФВУ 29

Органические и гибридные ФВУ Где какая нормальная, а где инвертированная ячейка ? 30 Органические и гибридные ФВУ Где какая нормальная, а где инвертированная ячейка ? 30

Ячейка Гретцеля https: //schanze. chem. ufl. edu/resear ch/dye-sensitized-solar-cells/ 31 Ячейка Гретцеля https: //schanze. chem. ufl. edu/resear ch/dye-sensitized-solar-cells/ 31

Ячейка Гретцеля Структура ячейки Роль сенсибилизатора 3 I- I- + I 2 + 2 Ячейка Гретцеля Структура ячейки Роль сенсибилизатора 3 I- I- + I 2 + 2 e’ 32

Как повысить эффективность ячейки Гретцеля §Природа сенсибилизатора §Состав электролита §Полимерные p-проводники 33 Как повысить эффективность ячейки Гретцеля §Природа сенсибилизатора §Состав электролита §Полимерные p-проводники 33

Сенсибилизаторы ячейки Гретцеля q Комплексы кобальта q Комплексы рутения q Комплексы иридия q Комплексы Сенсибилизаторы ячейки Гретцеля q Комплексы кобальта q Комплексы рутения q Комплексы иридия q Комплексы платины Необходимость обеспечить перенос электрона/дырки на полупроводник 34

Поверхностный плазмонный резонанс 35 Поверхностный плазмонный резонанс 35

От ячейки Гретцеля к перовскитному ФВУ 36 От ячейки Гретцеля к перовскитному ФВУ 36

Перовскитные ФВУ Перовскит: 1 A : 1 B : 3 C кубическая примитивная ячейка Перовскитные ФВУ Перовскит: 1 A : 1 B : 3 C кубическая примитивная ячейка 37

Фактор Голдшмидта Выражение фактора толерантности Голдшмидта (t), r. A , r. М , r. Фактор Голдшмидта Выражение фактора толерантности Голдшмидта (t), r. A , r. М , r. X – радиусы ионов А, М и Х соответственно Типы трёхмерных перовскитных структур с иллюстрацией сенегтоэлектрического сдвига Структура идеального кубического перовскита 38

Перовскитоподобные структуры 39 Перовскитоподобные структуры 39

Перовскитные ФВУ Солнечная ячейка с диспрегированным сенсибилизатором Солнечная ячейка с отдельной плёнкой перовскитного сенсибилизатора Перовскитные ФВУ Солнечная ячейка с диспрегированным сенсибилизатором Солнечная ячейка с отдельной плёнкой перовскитного сенсибилизатора http: //www. lmgp. grenoble-inp. fr/materiaux-pour-l -energie-me-/dye-sensitized-solar-cells 289401. kjsp «Lead-free organic–inorganic tin halide perovskites for photovoltaic applications» Nakita K. Noel, Samuel D. Stranks, Antonio Abate, Christian Wehrenfennig, Simone Guarnera, Amir-Abbas Haghighirad, Aditya Sadhanala, Giles E. Eperon, Sandeep K. Pathak, Michael B. Johnston, Annamaria Petrozza, Laura M. Herza and Henry J. Snaith http: //www. ngsf. org/2014/02/10/perovskit 40 e-solar-cells-via-vasp-yang-laboratoryucla/

Структура перовскитного ФВУ Структура перовскитного ФВУ

Материалы для перовскитных ФВУ Галогениды с оптимальными оптическими и транспортными характеристиками 42 Материалы для перовскитных ФВУ Галогениды с оптимальными оптическими и транспортными характеристиками 42

Как повысить эффективность ПФВУ 43 Как повысить эффективность ПФВУ 43

Перовскитные ФВУ 22. 1% 44 Перовскитные ФВУ 22. 1% 44

Как собрать ФВУ (инвертированное) 1. Подготовка прозрачных контактов на основе стекол ITO или FTO Как собрать ФВУ (инвертированное) 1. Подготовка прозрачных контактов на основе стекол ITO или FTO 2. Формирование сплошного слоя диоксида титана 3. Нанесение слоя мезопористого Ti. O 2 4. Нанесение сенсибилизатора или перовскитного слоя 5. Нанесение p-проводящей полимерной композиции 6. Термическое напыление подходящего металлического контакта с оптимальной работой выхода W 45

Как собрать ФВУ (инвертированное) 1. Подготовка прозрачных контактов на основе стекол ITO или FTO Как собрать ФВУ (инвертированное) 1. Подготовка прозрачных контактов на основе стекол ITO или FTO 2. Формирование сплошного слоя диоксида титана 3. Нанесение слоя мезопористого Ti. O 2 4. Нанесение сенсибилизатора или перовскитного слоя 5. Нанесение p-проводящей полимерной композиции 6. Термическое напыление подходящего металлического контакта с оптимальной работой выхода W 46

Как собрать ФВУ 1. Прижимной контакт ITO вместо напыления металла 2. Формирование устройства на Как собрать ФВУ 1. Прижимной контакт ITO вместо напыления металла 2. Формирование устройства на воздухе. Возможно ли избежать деградации в присутствии окислителя? В присутствии влаги? 47

ФВУ и Космос Более 80 % производства ориентировано на космическую промышленность 48 ФВУ и Космос Более 80 % производства ориентировано на космическую промышленность 48

Плавучие солнечные панели 49 Плавучие солнечные панели 49

ФЭУ в конструкции жилых домов 50 ФЭУ в конструкции жилых домов 50

Спасибо за внимание ! 51 Спасибо за внимание ! 51