Photonische Materialien 8. Vorlesung
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- Käthe Buchholz
- vor 6 Jahren
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1 Photonische Materialien 8. Vorlesung Einführung in quantenmechanische Aspekte und experimentelle Verfahren (1) Lumineszenz-Label (1) Supramolekulare und biologische Systeme (1) Halbleiter Nanopartikel (2) Quanten-Well-Strukturen (1) Metallische Nanopartikel Solarzellen (1) Organische Leuchtdioden (1) Flüssige Kristalle (2) Photonische Kristalle (1) Optisch aktive Materialien (1).
2 Metallische Nanopartikel/Plasmonen Farbe Lichtstreuung Dielektrische Funktion Plasmonenresonanz Eigenschften Metallischer Nanopartikel Anwendungen Wiederholung
3 Farbdreieck: Absorption
4 Extinktion/Transmission Lambert-Beersches Gesetz: Absorption, Streuung, Reflexion, Beugung
5 Elektron-Loch Paare Photolumineszenz Optische Anregung Metall: Freie Elektronen Halbleiter: gebundene e-h Paare Exzitonen)
6 Bandstruktur von Metallen
7 Rayleigh Streuung/Mie-Streuung
8 Wechselwirkung Strahlung Materie Lösung: Auslenkung Lichtwelle mit
9 Dielektische Funktion Realteil: (Dispersion) Imaginärteil: (Absorption)
10 Dielektrische Funktion
11 Extinktion: Absorption; Streuung Ag, 30 nm
12 Absorption von Natriumclustern
13 Plasmonen in Partikeln
14 Plamonen in Partikeln
15 Vergleich Theorie/Experiment 10 nm /Argon
16 Silberpartikel
17
18 Semiconductor Quantum - Dots Linnros CdSe Silicon Meier
19 Metallpartikel: Streuung/Absorption Q-Dot Photolumineszenz
20 Solartellen Globale Energiesituation Wirkungsprinzip Typen Materialien Kenndaten Entwicklungen
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23
24 Globaler Energieverbrauch
25 Energiemanagement Alternative Energien Regenerative Energien Energeinsparung Wirkungsgrad Wärmedämmung Konsumverzicht
26 Energieträger Fossile Energien Kernenergie Erneuerbare Energie Solarenergie Wasserenergie Geothermie Windenergie Biomasse BioKraftstoffe
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28
29
30 Vorteile In menschlichen Zeiträumen unerschöpfliche Sonnenenergie Solarzellen sind im Betrieb (nicht aber bei der Herstellung!) emissionsfrei Photovoltaik ist flexibel einsetzbar. Die Leistungen reichen von Milliwatt bis Megawatt Photovoltaische Zellen nutzen auch diffuses Licht und auch Licht im Innern von Gebäuden.
31 Nachteile Geringe Leistungsdichte (Watt pro Quadratmeter), Flächenbedarf daher groß Wetterabhängigkeit, aufwendige Speichertechnologien Gleichspannungserzeugung, Verluste bei der Transformation in Wechselspannung Herstellung energieaufwendig, beträchtlichen Schadstoffemissionen
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37 Dotierung von Si-Halbleitern
38 Dotiertes Silizium
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40 Wirkungsweise: Bildung Grenzschicht
41 Dotierung der Si - Solarzelle P- Dotierung: Bor N Dotierung: Phosphor Bildung einer Grenzfläche Absorption: Exzitonen Generierung Inneres Feld: Trennung Elektron-Loch Paar
42
43
44 Funktionsprinzip
45
46 Strom-Spannungskennlinie
47 Wirkungsgrad Glühlampe 4 % Si - Solarzelle % Solarkraftwerk %
48
49 Wirkungsgrad von Solarzellen auf Silzium-Basis
50 Kristallines Silizium Schneiden aus Si-Einkristall (0.3 mm)
51 Polykristtalines Silizium Erstarren von Siliziumschmelze
52 Polykristalline Si-Solarzelle
53 Amorphes Silizium/Dünnschicht
54 A:Si Devices Sub um-range
55 Staebler-Wronski effect Amorphes Silizium -40 x höhere Absorption a:si a:sih Dangling Bonds: -Hohe Ladungsbeweglichkeit -Photochemische Reaktion
56 MD-Rechnungen a Si-H
57 Amorphes Silizium wasserstoffhaltiges amorphes Silizium RTM TEM
58 Absorption a:si, Si
59 Theoretischer Wirkungsgrad
60 Amorphes Silizium Hohe Absorption Dünne Schichten Defekte (geringerer Wirkungsgrad) Geringe Herstellungskosten Alterung
61 Module
62 Solar-Module
63 Stand-alone Systeme
64 Netzeinspeisung
65 Solare Kraftwerke Solarturmanlage CESA-1 auf der "Plataforma Solar de Almería" in Andalusien: 300 bewegliche Spiegel werfen das Sonnenlicht auf die Spitze eines Turmes. Die Energie der bis 1000-fach konzentrierte Strahlung wird dort auf ein Arbeitsmittel übertragen, das einen konventionellen Wärmekraftprozess antreibt.
66 Andasol I Solare Kraftwerke
67 Energiewandlung
68 Leistungsdaten Solarzelle Leerlaufspannung 0,5 V Strom 2,5 A bei 1000 W/qm Reihenschaltung
69 Photoelektrischer Effekt Bandlückenenergie
70 Spektrale Verteilung der Sonnenstrahlung
71 Spektraler Wirkungsgrad Berücksichtigung de Spektralverteilung der Energie der Sonne
72 Wirkungsgrade
73 Theoretischer Wirkungsgrad
74 Kennlinie
75 Abhängigkeit Strahlungsleistung
76 Temperaturabhängigkeit
77
78 Wirkungsgrade von Solarzellen
79 Einflüsse Absorptionsbereich Wärmeentwicklung (Phononen) Defekte Reflektion/Streuung Elektrischer Widerstand Kontaktierung
80
81 Tandem-Dünnschichtsolarzellen
82 Nanokristalline Solarmaterialien
83
84 Alternative Strukturen Oberflächenstrukturierung zur Verminderung von Reflexionsverlusten: Zelloberfläche in Pyramidenstruktur Neue Materialien: Zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2). Tandem- oder Stapelzellen: breiteres Strahlungsspektrum: unterschiedliche Halbleitermaterialien Konzentratorzellen: Lichtintensität auf die Solarzellen fokussieren. MIS-Inversionsschicht-Zellen: innere elektrische Feld durchoxidschicht zu einem Halbleiter. Grätzel-Zelle: Elektrochemische Flüssigkeitszelle
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