Cella solare

Una cella solare o cella fotovoltaica è un dispositivo che converte la luce solare direttamente in energia elettrica mediante l’effetto fotovoltaico. A volte il termine è usato per indicare celle solari per i dispositivi destinati specificamente per catturare l’energia dalla luce del sole, mentre il termine cella fotovoltaica è utilizzato quando la sorgente di luce è indeterminata. Insiemi di cellule sono usati per fare i pannelli solari o fotovoltaici.

Il fotovoltaico è il settore della tecnologia e la ricerca connessi con l’applicazione di celle solari per la produzione di energia elettrica per uso pratico. L’energia generata in questo modo è un esempio di energia solare (detto anche l’energia solare).

Il termine “fotovoltaico” deriva dal greco φῶς (Phos) che significa “luce”, e “voltaico”, vale a dire elettrica, dal nome del fisico italiano Volta, dopo che una unità di potenziale elettrico, la tensione, è chiamato.
L’effetto fotovoltaico è stato riconosciuto nel 1839, prima dal fisico francese Becquerel AE. Tuttavia, non è stato fino al 1883 che la prima cella solare è stato costruito, da Charles Fritts, che ha rivestito il selenio semiconduttori con un sottile strato di oro a formare le giunzioni. Il dispositivo è stato solo di circa l’1% efficiente. Sven Berglund Asón avuto un numero di brevetti sui metodi di aumentare la capacità di queste cellule. Russell Ohl brevettato le moderne celle solari svincolo semiconduttori nel 1946 [2], che è stato scoperto durante i lavori per la serie di anticipazioni che porterebbe alla transistor.

La moderna tecnologia di energia solare è arrivato nel 1954, quando Bell Laboratories, la sperimentazione di semiconduttori, accidentalmente scoperto che alcuni di silicio drogato con impurità è molto sensibile alla luce [citazione necessaria]. Daryl Chapin, con i colleghi dei Bell Labs Calvin Fuller e Gerald Pearson, inventato il primo dispositivo pratico per convertire la luce solare in energia elettrica utile. [3] Questo ha portato alla produzione di celle solari prima pratica con una efficienza di conversione di energia solare di circa il 6 percent.The batteria solare è stato dimostrato prima il 25 aprile 1954. Il primo veicolo spaziale ad utilizzare i pannelli solari negli Stati Uniti è stato satellite Vanguard 1, lanciato nel marzo 1958 con celle solari fatte da Hoffman Electronics. Questa pietra miliare creato interesse nella produzione e al lancio di un satellite geostazionario di comunicazione, in cui l’energia solare potrebbe fornire una valida alimentazione. Questo è stato un elemento cruciale di sviluppo che ha stimolato il finanziamento di diversi governi in ricerca per migliorare le celle solari.

Nel 1970, il primo altamente efficace GaAs heterostructure celle solari sono stati creati da Zhores Alferov e il suo team in URSS. [4] [5] Metal Organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD o OMCVD) apparecchiature di produzione non è stato sviluppato fino agli inizi del 1980, limitando la capacità delle imprese di fabbricazione di celle solari al GaAs. Negli Stati Uniti, il primo 17% efficiente massa d’aria pari a zero (AM0) unico incrocio GaAs celle solari sono state prodotte in quantità di produzione nel 1988 da Applied Solar Energy Corporation (ASEC). La “doppia giunzione” cella era accidentalmente prodotto in quantità da ASEC nel 1989 a seguito del cambiamento di GaAs su substrati di GaAs GaAs il germanio (Ge) substrati. Il doping accidentale di GE con il GaAs buffer layer creato tensioni superiori a circuito aperto, dimostrando il potenziale di utilizzo del substrato Ge come un’altra cella. Come GaAs singolo nodo cellule AM0 sormontata 19% l’efficienza produttiva nel 1993, ha sviluppato il primo ASEC doppio incrocio cellule spaziali per uso negli Stati Uniti, con una base di partenza di efficienza di circa il 20%. Queste cellule non utilizzare il Ge come una seconda cella, ma utilizzato un altro GaAs a base di cellule con diversi doping. Infine GaAs doppia giunzione cellule raggiunto l’efficienza della produzione di circa il 22%. Triple Junction celle solari AM0 iniziata con l’efficienza di circa il 24% nel 2000, il 26% nel 2002, il 28% nel 2005 e nel 2007 si sono evoluti ad un 30% di efficienza AM0 produzione, attualmente in qualifica.

I recenti record del mondo di crediti di efficienza per le celle solari più svincolo sono discussi nella sezione.

[modifica] Tre generazioni di celle solari

Celle solari sono classificati in tre generazioni, che indica l’ordine in cui ciascuno è diventato importante. Al momento non vi è concomitante di ricerca in tutte le tre generazioni, mentre la prima generazione di tecnologie sono più rappresentati nella produzione commerciale, contabile per 89,6% del 2007 la produzione [6].

[modifica] Prima generazione
Articoli principali: il silicio cristallino e di deposizione sotto vuoto

Prima generazione di cellule costituite da grandi della zona, di alta qualità e unico svincolo dispositivi. Prima generazione di tecnologie comportano alta energia e lavoro, che impediscono ogni input significativi progressi nella riduzione dei costi di produzione. Singola giunzione silicio dispositivi si avvicinano teorico di limitare l’efficienza del 33% [7], e raggiungere la parità con il costo di generazione di energia da combustibili fossili, dopo un periodo di payback di 5-7 anni. [8]

[modifica] Seconda generazione
Articolo principale: celle a film sottile

Seconda generazione di materiali sono stati sviluppati per affrontare il fabbisogno di energia e dei costi di produzione di celle solari. Alternative tecniche di fabbricazione, come la deposizione di vapore, galvanostegia, e l’uso di ultrasuoni Ugelli sono vantaggiosi, poiché riducono il trattamento ad alta temperatura in maniera significativa. È comunemente accettato che, come si evolvono le tecniche di fabbricazione dei costi di produzione sarà dominato da materia costitutiva requisiti [7], se questo essere un substrato di silicio, di vetro o di copertura.

Il maggior successo di seconda generazione sono state tellururo di cadmio (CdTe), seleniuro di rame indio gallio, silicio amorfo e micromorphous silicio. [6] Questi materiali sono applicati in un film sottile a un supporto, come substrato di vetro o di ceramica, materiale di massa e la riduzione quindi i costi. Queste tecnologie non tenere promessa di una maggiore efficienza di conversione, in particolare CIS-CIGS, CdTe e DSC offre in maniera significativa i costi di produzione più convenienti.

Tra i principali produttori vi è certamente una tendenza verso tecnologie di seconda generazione, tuttavia la commercializzazione di queste tecnologie è rivelata difficile. [9] Nel 2007, First Solar prodotti 200 MW di CdTe celle solari è il quinto maggiore produttore di celle solari nel 2007 e la prima mai a raggiungere la top 10, dalla produzione delle tecnologie di seconda generazione da solo. [9] Wurth Solar commercializzate CIGS sua tecnologia nel 2007 la produzione di 15 MW. Nanosolar commercializzate CIGS sua tecnologia nel 2007 con una capacità produttiva di 430 MW per il 2008 negli Stati Uniti e in Germania. [10] Honda, anche iniziato a commercializzare i loro pannelli solari CIGS di base nel 2008.

Nel 2007, la produzione CdTe rappresentato il 4,7% del totale della quota di mercato, a film sottile di silicio 5,2% e 0,5% CIGS. [9]

[modifica] Terza Generazione
Articolo principale: celle solari di terza generazione

Terza generazione di tecnologie finalizzate a migliorare le prestazioni dei poveri elettrici di seconda generazione (tecnologie a film sottile), pur mantenendo molto bassi i costi di produzione.

Corrente di ricerca è il targeting per l’efficienza di conversione di 30-60%, pur mantenendo basso costo dei materiali e le tecniche di fabbricazione. [7] Essi possono superare l’efficienza di conversione solare teorico limite per un singolo materiale di energia di soglia, che è stato calcolato nel 1961 dal Shockley e Queisser come 31 domenica 1% al di sotto di illuminazione e 40,8% sotto la massima concentrazione di luce solare artificiale (46.200 soli, cosa che rende quest’ultimo limite più difficile di quella precedente) [11].

Ci sono alcune strategie per il raggiungimento di tali alta efficienza, compreso l’uso di cellule fotovoltaiche Multijunction, la concentrazione di spettro l’incidente, l’uso di generazione termica da luce UV per migliorare la tensione o vettore di raccolta, o l’uso di infrarossi per la notte di spettro in tempo operazione.

[modifica] celle ad alta efficienza

Celle solari ad alta efficienza sono una classe di celle solari in grado di generare energia elettrica ad alta efficienza che le celle solari convenzionali. Mentre le celle solari ad alta efficienza sono più efficienti in termini di produzione elettrica per incidente energia (watt / watt), gran parte del settore si concentra sul costo più efficienti tecnologie, iecost-per-watt. Molti esponenti del mondo accademico e le imprese sono incentrate sulla aumentare il rendimento elettrico di cellule, e gran parte dello sviluppo è focalizzato su celle solari ad alta efficienza.

[modifica] Records

[modifica] multipla giunzione celle solari

Il record per la giunzione di più celle solari è contestata. Le squadre hanno portato l’Università di Delaware, il Fraunhofer Institute e NREL tutti i record del mondo sostengono il titolo a 42,8, 41,1 e 40,8 per cento, rispettivamente. [12] [13] [14] NREL sostiene che le altre implementazioni non sono stati messi sotto test standardizzati e, nel caso dell ‘Università di Delaware progetto, rappresenta solo ipotetici incrementi di efficienza di un gruppo che non è stato completamente assemblato. [15] NREL afferma che è solo uno dei tre laboratori del mondo, in grado di condurre test valido, anche se il Fraunhofer Institute è tra questi tre impianti.

[modifica] celle solari a film sottile

Nel 2002, la più alta efficienza segnalati per celle solari basati su film sottili di CdTe è pari al 18%, che è stato raggiunto dalla ricerca alla Sheffield Hallam University, anche se questo non è stato confermato da un altro laboratorio di prova [citazione necessaria].

Gli Stati Uniti nazionali di energia rinnovabile di ricerca NREL raggiunto un grado di efficienza del 19,9% per le celle solari a base di rame indio gallio seleniuro di film sottili, anche noto come CIGS. CIGS Questi film sono state coltivate da Physical Vapour Deposition in tre fasi di co-processo di evaporazione. In questo processo, Il Gal e selenio sono evaporati nel primo passo, nella seconda fase è seguita da Cu e Se co-evaporazione e l’ultimo passo denunciato da Al, Ga e Se l’evaporazione di nuovo.

[modifica] Applicazioni e implementazioni
PV Polycrystaline cellule di sostegno materiale laminato in un modulo di PV
PV celle policristalline
Articolo principale: array fotovoltaici

Celle solari sono spesso collegati elettricamente e incapsulati in un modulo. Moduli fotovoltaici hanno spesso una lastra di vetro sulla parte anteriore (la domenica) lato, consentendo di passare la luce, mentre la protezione dei semiconduttori wafer da elementi (pioggia, grandine, ecc.) Celle solari sono di solito collegati in serie in moduli, la creazione di un additivo tensione. Connessione celle in parallelo produrrà una maggiore corrente. I moduli sono poi collegati tra loro, in serie o in parallelo, o entrambi, per creare un array con il picco di tensione e corrente.

La potenza di uscita di un array solare viene misurata in watt o chilowatt. Al fine di calcolare il fabbisogno energetico tipico della domanda, una misura in watt / ora, o di chilowatt-ore di chilowatt-ore al giorno viene spesso utilizzato. Un comune regola empirica è che della potenza media è pari al 20% della potenza di picco, in modo che ogni chilowatt di picco di potenza di uscita solare array corrisponde alla produzione di energia di 4,8 kWh al giorno (24 ore x 1 kW x 20% = 4,8 kWh)

Per rendere pratico l’uso del solare generata l’energia, l’elettricità è più spesso alimentato in rete elettrica tramite inverter (collegato alla rete di sistemi fotovoltaici); in sistemi stand-alone, le batterie sono usate per immagazzinare l’energia che non è necessario immediatamente.

Celle solari possono essere applicate anche ad altri dispositivi elettronici per renderlo autonomo potere sostenibile sotto il sole. Ci sono cellulare caricabatterie solare, energia solare e la luce solare in bicicletta campeggio fanali che le persone possono adottare per un uso quotidiano.

[modifica] Teoria

[modifica] Semplice spiegazione

1. Fotoni nella luce del sole ha colpito il pannello solare e vengono assorbite dal materiale semiconduttore, come ad esempio il silicio.
2. Elettroni (carica negativa) sono sciolti bussato dal loro atomi, consentendo loro di flusso attraverso il materiale per la produzione di energia elettrica. Grazie alla speciale composizione delle celle solari, gli elettroni sono consentiti solo a muoversi in una sola direzione. La complementarità positiva spese che sono anche creato (come bolle) sono chiamati buchi e il flusso nella direzione opposta degli elettroni in un pannello solare di silicio.
3. Un array di celle solari converte l’energia solare in una quantità utilizzabile di corrente continua (DC) di energia elettrica.

[modifica] Photogeneration di portatori di carica

Quando un fotone colpisce un pezzo di silicio, una delle tre cose possono accadere:

1. il fotone può passare direttamente attraverso il silicio – questo (in genere) avviene per i fotoni di energia più basso,
2. il fotone può riflettere la superficie,
3. il fotone può essere assorbito dal silicio, se il fotone di energia è superiore al valore di silicio divario banda. Questo genera una coppia elettrone-buco e, talvolta, di calore, a seconda della struttura a bande.

Quando un fotone viene assorbito, la sua energia è data a un elettrone nel reticolo cristallino. Di solito questo elettrone è in valence band, ed è strettamente vincolata a legami covalenti tra atomi vicini, e quindi incapaci di spostarsi lontano. L’energia dato che il fotone “esalta” nella banda di conduzione, in cui è libero di muoversi all’interno dei semiconduttori. Il legame covalente che l’elettrone è stato precedentemente una parte di uno ora ha un minor numero di elettroni – questo è noto come un buco. La presenza di un legame covalente permette manca l’incollaggio elettroni vicini di atomi di passare al “buco”, lasciando un buco di dietro, e in questo modo un buco può muoversi attraverso il reticolo. Così, si può dire che i fotoni assorbiti nel creare semiconduttori mobili coppie elettrone-buco.

Un fotone che hanno solo bisogno di maggiore energia rispetto a quella della banda divario al fine di eccitare un elettrone dalla banda di valenza nella banda di conduzione. Tuttavia, la frequenza dello spettro solare approssima un corpo nero spettro a ~ 6000 K, e in quanto tale, gran parte della radiazione solare di raggiungere la Terra è composta di fotoni con energia superiore alla banda divario di silicio. Questi fotoni di energia più elevata sarà assorbito dalla cella solare, ma la differenza di fotoni di energia tra questi e il silicio banda divario viene convertita in calore (tramite reticolo vibrazioni – chiamati fononi) piuttosto che in energia elettrica utilizzabile.

[modifica] Caricare vettore separazione

Ci sono due principali modi per addebitare la separazione in un vettore di celle solari:

1. deriva dei vettori, guidato da un campo elettrostatico stabiliti in tutto il dispositivo
2. diffusione di vettori da zone ad alta concentrazione di vettore di zone a bassa concentrazione vettore (a seguito di un gradiente di potenziale elettrochimico).

Ampiamente utilizzato nella giunzione pn celle solari, la modalità di addebito è da vettore separazione deriva. Tuttavia, nel non-giunzione pn celle solari (tipico della terza generazione di celle solari di ricerca, come colorante e celle solari a base di polimeri), un campo elettrostatico generale è stato confermato di essere assente, e la modalità di separazione avviene tramite addebito vettore di diffusione [16].

[modifica] La giunzione p-n
Principali articoli: semiconduttori e giunzione p-n

Il più comunemente noto cella solare è configurato come una grande zona di giunzione pn da silicio. Come una semplificazione, si può immaginare che uno strato di silicio di tipo N in contatto diretto con uno strato di silicio di tipo p. In pratica, giunzioni pn celle solari di silicio non sono fatti in questo modo, ma piuttosto, da diffondere uno n-tipo dopant in una parte di un wafer di tipo p (o viceversa).

Se un pezzo di p-tipo di silicio è posto in intimo contatto con un pezzo di silicio di tipo N, poi una diffusione di elettroni avviene nella regione di elettroni ad alta concentrazione (n-tipo lato del raccordo) nella regione del basso concentrazione di elettroni (p-tipo lato del raccordo). Quando gli elettroni diffuso in tutta la giunzione pn, che ricombinarsi con fori sul lato p-tipo. La diffusione dei vettori non succede indefinitamente tuttavia, a causa di un campo elettrico che viene creato da uno squilibrio di carica immediatamente su entrambi i lati del nodo che crea questa diffusione. Il campo elettrico stabilito in tutta la giunzione pn crea un diodo che promuove il flusso tassa, noto come deriva attuale, che si oppone e, infine, i saldi di diffusione di elettroni e buche. La regione in cui gli elettroni e buche sono diffusi in tutta l’incrocio è chiamato l’esaurimento regione, perché non contiene più alcun mobile portatori di carica. E ‘anche conosciuta come la “tassa di spazio regione”.

[modifica] Connessione ad un carico esterno

Ohmico metallo-semiconduttore contatti sono realizzati sia per il tipo n-e p-tipo i lati della cella solare, e gli elettrodi collegati ad un carico esterno. Elettroni che vengono creati sul lato n-tipo, o sono stati “raccolti” dalla giunzione e trascinato sul lato tipo-n, possono viaggiare attraverso il filo, la potenza del carico, e continuerà attraverso il filo fino a raggiungere il p – Tipo di contatto metallo-semiconduttore. Qui, essi ricombinarsi con un buco che è stato creato o come un elettrone-buco coppia sul p-tipo lato della cella solare, o sono spazzate in tutta l’incrocio da n-tipo lato dopo essere stato creato lì.

La tensione misurata è pari alla differenza tra i livelli di Fermi quasi minoranza cioè vettori. elettroni nella parte p-tipo, e buchi nella parte n-tipo.

[modifica] circuito equivalente di una cella solare
Il circuito equivalente di una cella solare
Il simbolo schematica di una cella solare

Per capire il comportamento di elettronica di una cella solare è utile per creare un modello che è elettricamente equivalente, e si basa su componenti elettrici discreti il cui comportamento è ben nota. Un ideale di celle solari può essere modellato da una sorgente di corrente in parallelo con un diodo, in pratica non cella solare è l’ideale, così uno shunt di resistenza e la resistenza di una serie di componenti sono aggiunti al modello. [17] La conseguente equivalente di un circuito solare cella viene visualizzato sulla sinistra. Inoltre dimostrato, sulla destra, è la rappresentazione schematica di una cella solare per l’uso in circuito diagrammi.

[modifica] Caratteristica equazione

Dal circuito equivalente è evidente che la corrente prodotta dalla cella solare è pari a quella prodotta dalla sorgente di corrente, meno ciò che scorre attraverso il diodo, meno ciò che scorre attraverso la resistenza di shunt: [18] [19]

I = IL – ID – ISH

dove

* I = uscita corrente (ampere)
* IL = photogenerated corrente (ampere)
* ID = diodo corrente (ampere)
* = Shunt ISH corrente (ampere)

La corrente che fluisce attraverso questi elementi è disciplinata dalla tensione tra loro:

Vj = V + IRS

dove

* = Vj tensione su entrambi i diodo e resistore RSH (volt)
* V = tensione in tutta l’terminali di uscita (Volt)
* I = uscita corrente (ampere)
* RS = serie resistenza (Ω)

Con l’equazione di Shockley diodo, l’attuale deviate attraverso il diodo è il seguente:

I_ (D) = I_ (0) \ left \ (\ exp \ left [\ frac ((qV_ j NKT)) () \ right] – 1 \ right \) [20]

dove

* I0 = corrente inversa di saturazione (ampere)
* N = fattore di idealità diodo (1 ideale per un diodo)
* Q = carica elementare
* K = costante di Boltzmann
* T = temperatura assoluta
* Per il silicio a 25 ° C, KT / q \ circa 0,0259 volt.

Con la legge di Ohm, l’attuale deviate attraverso il resistore shunt è:

SH I_ () = \ frac (V_ (j)) ((R_ SH))

dove

* = Shunt RSH resistenza (Ω)

Sostituendo questi nella prima equazione produce l’equazione caratteristica di una cella solare, che riguarda i parametri di celle solari al corrente e tensione di uscita:

I_ I = (L) – I_ (0) \ left \ (\ exp \ left [\ frac (q (V + I R_ (S)) NKT ()) \ right] – 1 \ right \) – \ frac ( V + I R_ (S)) ((R_ SH))

Un’alternativa derivazione produce un’equazione simili in apparenza, ma con la V sul lato sinistro. Le due alternative sono identità, ovvero rendimento proprio gli stessi risultati.

In linea di principio, dato un particolare tensione V, l’equazione può essere risolto per determinare il funzionamento corrente I a che tensione. Tuttavia, poiché l’equazione comporta ho su entrambi i lati in una funzione trascendentale l’equazione non ha soluzione analitica generale. Tuttavia, anche senza una soluzione che è fisicamente istruttivo. Inoltre, è facilmente risolto utilizzando metodi numerici. (Una generale soluzione analitica per l’equazione è possibile utilizzare la funzione W di Lambert, ma dal momento che generalmente Lambert W stessa deve essere risolto numericamente si tratta di un tecnicismo.)

Poiché i parametri I0, n, RS, RSH e non può essere misurata direttamente, l’applicazione più comune la caratteristica di equazione è non lineare di regressione per estrarre i valori di questi parametri sulla base del loro effetto combinato sulla cella solare comportamento.

[modifica] Effetti della dimensione fisica

I valori di I0, RS, e sono RSH dipende dalla dimensione fisica della cella solare. In confronto, altrimenti identici, cellule, una cella con il doppio della superficie di un altro, in linea di principio, hanno il doppio della I0 perché ha il doppio della zona di giunzione tra cui l’attuale grado di fuga. Essa avrà anche la metà della RS e RSH perché ha il doppio della sezione trasversale attraverso il quale corrente può fluire. Per questo motivo, l’equazione caratteristica è spesso scritto in termini di densità di corrente, o per unità di prodotto corrente superficie cellulare:

J = (L) J_ – J_ (0) \ left \ (\ exp \ left [\ frac (q (V + J r_ (S)) NKT ()) \ right] – 1 \ right \) – \ frac ( V + J r_ (S)) ((r_ SH))

dove

* J = densità di corrente (amperes/cm2)
* JL photogenerated = densità di corrente (amperes/cm2)
* Jo = densità di corrente inversa di saturazione (amperes/cm2)
* RS = specifico serie resistenza (Ω-cm2)
* = Specifici rsh shunt resistenza (Ω-cm2)

Questa formulazione ha diversi vantaggi. Uno è che, dal momento che le caratteristiche delle cellule sono riferiti a un regime comune di sezione che possono essere rispetto per le cellule di diverse dimensioni fisiche. Mentre questo è di interesse limitato in una produzione, dove tutte le cellule tendono ad essere le stesse dimensioni, è utile nella ricerca e nel confronto tra i costruttori di cellule. Un altro vantaggio è che la densità equazione naturalmente le scale di valori dei parametri di simili ordini di grandezza, che può fare l’estrazione del loro numerico più semplice e più precisa, anche con metodi di soluzione ingenuo.

Una limitazione di questa pratica è che la formulazione come le dimensioni delle cellule si restringono, taluni parassitarie effetti crescere in importanza e possono influenzare la estratti i valori dei parametri. Ad esempio, la ricombinazione e la contaminazione della giunzione tendono ad essere più grande al perimetro della cella, in modo molto piccole cellule possono presentare valori più alti o più bassi di J0 di rsh valori più grandi sono le cellule che altrimenti identici. In tali casi, il confronto tra le cellule devono essere effettuate con cautela e con questi effetti in mente.

[modifica] Cell temperatura
Effetto della temperatura sulle caratteristiche corrente-tensione di una cella solare

Temperatura colpisce l’equazione caratteristica in due modi: direttamente, tramite T nel termine esponenziale, e indirettamente, tramite il suo effetto sulla I0. (A rigor di termini, la temperatura tocca tutti i termini, ma questi due molto più significativo rispetto agli altri.) Pur aumentando T riduce l’entità del esponente nel caratteristico equazione, il valore di I0 aumenta in proporzione alla Expt. L’effetto netto è la riduzione di COV (la tensione a circuito aperto) linearmente con l’aumentare della temperatura. L’entità di tale riduzione è inversamente proporzionale alla COV; che è, le cellule con valori più elevati di COV subire piccole riduzioni di tensione con l’aumentare della temperatura. Per la maggior parte delle celle solari di silicio cristallino la riduzione è di circa 0,50% / ° C, anche se il più alto tasso di efficienza celle di silicio cristallino è di circa 0,35% / ° C. A titolo di paragone, il tasso per le celle solari di silicio amorfo è 0,20-0,30% / ° C, a seconda di come è fatta la cellula.

La quantità di corrente photogenerated IL aumenta leggermente con l’aumentare della temperatura a causa di un aumento del numero di vettori generati termicamente nella cella. Questo effetto è leggero, tuttavia: circa 0,065% / ° C per le celle di silicio cristallino e 0,09% per le celle di silicio amorfo.

L’effetto della temperatura sulla cella di efficienza può essere calcolata utilizzando questi fattori in combinazione con l’equazione caratteristica. Tuttavia, poiché la variazione di tensione è molto più forte del cambiamento in corso, l’effetto complessivo sul rendimento tende ad essere simile a quello sulla tensione. La maggior parte delle celle solari di silicio cristallino declino in termini di efficienza di 0,50% / ° C e la maggior parte delle cellule amorfo declino da 0,15-0,25% / ° C. La figura a destra mostra le curve IV, che potrebbe essere considerata tipicamente silicio cristallino per una cella solare a diverse temperature.

[modifica] Serie resistenza
Effetto della resistenza serie sulle caratteristiche corrente-tensione di una cella solare

Come aumenta la resistenza serie, la caduta di tensione tra lo svincolo di tensione e il terminale di tensione diventa maggiore per lo stesso flusso di corrente. Il risultato è che l’attuale controllati porzione del IV curva comincia a abbassamento verso l’origine, producendo un significativo calo di tensione il terminale V e una leggera riduzione di ISC, la corrente di corto circuito. Valori molto elevati di RS anche produrre una riduzione significativa ISC; in questi regimi, la resistenza serie e domina il comportamento della cella solare assomiglia a quella di un resistore. Questi effetti sono indicati per le celle solari di silicio cristallino nel IV curve mostrate nella figura a destra.

[modifica] Shunt resistenza
Effetto della resistenza shunt sulla corrente-tensione caratteristiche di una cella solare

Come shunt resistenza diminuisce, il flusso di corrente attraverso il deviate shunt aumenta resistenza per un determinato livello di tensione della giunzione. Il risultato è che la tensione controllata parte della IV curva comincia a abbassamento verso l’origine, producendo un significativo calo nel terminale corrente e ho una leggera riduzione di COV. Valori molto bassi di RSH produce una significativa riduzione di COV. Molto, come nel caso di una serie ad alta resistenza, un male respinti cella solare assumerà caratteristiche operative analoghe a quelle di un resistore. Questi effetti sono indicati per le celle solari di silicio cristallino nel IV curve mostrate nella figura a destra.

[modifica] Inversione di saturazione attuale
Effetto della corrente inversa di saturazione sulle attuali caratteristiche di tensione di una cella solare

Se si assume uno shunt infinita resistenza, l’equazione caratteristica può essere risolto per COV:

V_ OC) = (\ frac (kt q)) (\ ln \ left (\ frac (I_ SC)) ((I_ (0)) + 1 \ a destra).

Pertanto, un aumento I0 produce una riduzione dei COV inversamente proporzionale al logaritmo della dell’aumento. Questo spiega il motivo per matematicamente la riduzione dei COV che accompagna un aumento della temperatura sopra descritto. L’effetto della corrente inversa di saturazione sulla curva IV di una cella solare al silicio cristallino sono mostrati nella figura a destra. Fisicamente, corrente inversa di saturazione è una misura della “perdita” dei vettori in tutto il pn svincolo distorsione in senso inverso. Questa perdita è il risultato di una ricombinazione del vettore in folle regioni su entrambi i lati della giunzione.

[modifica] idealità fattore
Effetto del fattore di idealità l’attuale tensione caratteristiche di una cella solare

Il fattore di idealità (chiamato anche il fattore di emissione) è un parametro che descrive l’installazione come da vicino il comportamento del diodo partite a quanto previsto teoria, che si assume la giunzione pn del diodo è un piano infinito e ricombinazione non avviene entro lo spazio di carica regione. Una perfetta per la teoria è indicato quando n = 1. Quando ricombinazione nello spazio incaricato regione dominano ricombinazione altri, invece, n = 2. L’effetto del cambiamento idealità fattore indipendente di tutti gli altri parametri è indicata per una cella solare al silicio cristallino nel IV curve mostrate nella figura a destra.

La maggior parte delle celle solari, che sono molto grandi rispetto al convenzionale diodi, approssimativa e un infinito piano e di solito si presentano quasi ideale comportamento sotto test standard Condizione (n \ ca 1). In determinate condizioni di funzionamento, tuttavia, il dispositivo può essere dominato dalla ricombinazione nello spazio-tassa regione. Questa è caratterizzata da un aumento significativo delle I0, nonché un aumento idealità fattore n \ ca 2. Quest’ultimo tende ad aumentare la produzione di celle solari di tensione, mentre l’ex atti di erodere esso. L’effetto netto, quindi, è una combinazione di aumento di tensione per aumentare n mostrato nella figura a destra e il calo di tensione per aumentare I0 mostrato nella figura sopra. Tipicamente, I0 è il fattore più significativo e il risultato è una riduzione di tensione.

[modifica] solare cella efficienza fattori

[modifica] efficienza di conversione dell’energia
Articoli principali: l’efficienza di conversione di energia e le celle solari ad alta efficienza
Spesso la polvere si accumula sul vetro di pannelli solari visto qui come punti neri.

Una cella solare l’efficienza di conversione energetica (η, “ETA”), è la percentuale di conversione di potenza (da luce assorbita a energia elettrica) e raccolti, quando una cella solare è collegato a un circuito elettrico. Questo termine è calcolato mediante il rapporto tra la potenza massima punto Pm, diviso per l’ingresso luce irradianza (E, in W/m2) sotto condizioni di prova standard (STC) e la superficie della cella solare (At in m2).

\ eta = \ frac (p_ (m)) (E \ volte A_c)

STC indica una temperatura di 25 ° C e un irraggiamento di 1000 W/m2 con una massa d’aria 1,5 (AM1.5) dello spettro. Questi corrispondono ai irradianza e lo spettro della luce solare incidente su una chiara giorno su un sole di fronte a 37 °-superficie inclinata con il sole in un angolo di 41,81 ° sopra l’orizzonte. [21] [22] Questa condizione rappresenta circa mezzogiorno solare vicino la primavera e l’autunno in equinozi continentale Stati Uniti con superficie della cellula rivolgono direttamente al sole. Pertanto, in tali condizioni, una cella solare del 12% di efficienza con un 100 cm2 (0,01 m2) superficie ci si può attendere per la produzione di circa 1,2 watt di potenza.

Le perdite di una cella solare può essere suddiviso in riflettanza perdite, l’efficienza termodinamica, ricombinazione perdite elettriche e resistivo perdita. L’efficienza complessiva è il prodotto di ciascuna di queste perdite.

A causa della difficoltà di misurare questi parametri direttamente, altri parametri misurati sono invece: termodinamico Efficienza, efficienza quantica, COV rapporto, e Fill Factor. Riflessione perdite sono una parte del Quantum Efficiency in “esterne Quantum Efficiency”. Ricombinazione perdite costituiscono una porzione di Quantum efficienza, rapporto di COV, e Fill Factor. Resistivo perdite sono prevalentemente classificati con Fill Factor, ma anche fare delle piccole porzioni di Quantum efficienza, rapporto di COV.

[23]

[modifica] Efficienza Limite termodinamico

Celle solari funzionano come dispositivi di conversione di energia quantistica, e sono quindi soggette al “Efficienza Limite termodinamico”. Fotoni con energia al di sotto della banda di assorbimento del divario materiale non può generare una coppia elettrone-buco, e così la loro energia non è convertito in uscita e utile solo se genera calore assorbito. Per fotoni con energia al di sopra della banda divario energetico, solo una frazione di energia al di sopra della banda divario può essere convertito in uscita utile. Quando un fotone di una maggiore energia viene assorbita, l’eccesso di energia al di sopra della banda divario viene convertita in energia cinetica del vettore combinazione. L’eccesso di energia cinetica viene convertita in calore attraverso phonon interazioni, come l’energia cinetica dei vettori rallenta la velocità di equilibrio.

Celle solari con più divario banda di assorbimento dei materiali sono in grado di convertire in modo più efficiente dello spettro solare. Con l’utilizzo di più banda lacune, spettro solare può essere suddiviso in piccoli contenitori in cui l’efficienza termodinamica limite è più alto per ogni bin [24].

[modifica] Quantum efficienza
Articolo principale: Quantum efficienza di una cella solare

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