Motivation Physikalische Grundlagen Ausblick. Photovoltaik. Physikalische Grundlagen. Serkan Sahin. Bachelor Seminar SoSe
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- Christina Hofer
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1 Physikalische Grundlagen Bachelor Seminar SoSe Juli 2012
2 Inhaltsverzeichnis 1 Motivation 2 Physikalische Grundlagen 3 Ausblick
3 Motivation Was ist? Warum? Einsatzgebiete
4 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Warum? Einsatzgebiete
5 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Einsatzgebiete
6 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Einsatzgebiete
7 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich kwh Einsatzgebiete
8 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich kwh fache des gesamten Weltenergiebedarfs der Menschheit im Jahre 2006 ( kwh) Einsatzgebiete
9 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich kwh fache des gesamten Weltenergiebedarfs der Menschheit im Jahre 2006 ( kwh) Keine Nebenprodukte wie schädliche Abgase Einsatzgebiete
10 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich kwh fache des gesamten Weltenergiebedarfs der Menschheit im Jahre 2006 ( kwh) Keine Nebenprodukte wie schädliche Abgase Massenanteil von Silizium an der Erdkruste beträgt 25,8% Einsatzgebiete
11 Motivation Was ist? Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom Ausnutzung des photoelektrischen Effektes Warum? Menge an Sonnenenergie beträgt jährlich kwh fache des gesamten Weltenergiebedarfs der Menschheit im Jahre 2006 ( kwh) Keine Nebenprodukte wie schädliche Abgase Massenanteil von Silizium an der Erdkruste beträgt 25,8% Die Sonne bleibt uns noch min. 5 Mrd. Jahre erhalten Einsatzgebiete
12 Einsatzgebiete
13 Motivation Physikalische Grundlagen Einsatzgebiete Ausblick
14 Motivation Physikalische Grundlagen Einsatzgebiete Ausblick
15 Physikalische Grundlagen
16 pn-übergang Konzentrationsgefälle: Ladunsgträger diffundieren Atomrümpfe sind ionisiert: Raumladungszone entsteht E-Feld wirkt Diffusion entgegen
17 Photoeffekt Photoeffekt generiert Elektron-Loch-Paar Ladungsträger werden durch das elektrische Feld in entgegengesetze Richtung beschleunigt Photospannung kann zwischen den Enden der p-n-diode abgenommen werden
18 Aufbau einer Solarzelle
19 Wirkungsgrad Wirkungsgrad: η = P elek. P Sonne Stromstärke I Leerlaufspannung mit Beleuchtung ULL Spannung U IK Kurzschlussstrom
20 Wirkungsgrad Wirkungsgrad: η = P elek. P Sonne Füllfaktor: FF = U AP I AP U LL I k Stromstärke I IAp IK erzeugte Leistung Kurzschlussstrom Leistung P Leerlaufspannung Punkt maximaler Leistung mit U Ap ULL Beleuchtung Spannung U
21 Verluste
22 Verluste Verluste: für Silizium kann 77% des Spektrums genutzt werden 30% werden als Wärme abgegeben 20% der erzeugten Ladungsträger rekombinieren Bei einem Füllfaktor von max. 0.9 bleiben insgesamt nur etwa 15% Wirkungsgrad übrig.
23 Wirkungsgrad
24 Ausblick Ziel: Solarzellen mit möglichst hohen Wirkungsgraden bei vertretbaren Produktionskosten Dünnschichtsolarzellen Tandemsolarzellen organische Solarzellen
25 Physikalische Grundlagen der Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit
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