Overordnede kursusmål
Kurset vil give de studerende et indblik I tyndfilms-solceller. De
grundlæggende begreber i fotovoltaik –hvordan lys omdannes direkte
til elektrisk energi – vil blive gennemgået. I kurset vil der især
blive lagt vægt på materialer, fremstillingsmetoder og
karakterisering baseret på tyndfilmsteknologi. Dette vil foregå
dels som praktiske experimenter og dels med teoretisk gennemgang af
reviews, således at de studerende kan fremstille deres celler og
måle deres effektivitet under kurset.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- Forklare de fysiske principper i fotovoltaiske celler ved
omdannelsen af solenergi til elektrisk energi.
- Beregne den teoretiske grænse af en single p-n junction
solcelle, bedre kendt som Shockley-Queisser grænsen.
- Beskrive og diskutere de parametre, der bestemmer solcellens
effektivitet.
- Sammenligne forskellige tyndfilmssolcelle teknologier, bl.a.
fabrikations-metoder, deres nuværende status og fremtidige
teknologiske udfordringer.
- Forklare virkemåden bag udvalgte karakteriseringsmetoder som
anvendes til tyndfilmssolceller (karakteriseringsmetoderne kan
variere fra år til år).
- Analysere eksperimentelle data (for eksempel
tyndfilmssolcellens ydeevne målt med J-V og external quantum
efficiency (EQE) kurver).
- Evaluere eksperimentelle resultater i en struktureret,
skriftlig rapport.
- Finde og udvælge passende videnskabelig litteratur.
- Evaluere og diskutere eksperimentelle resultater i henhold til
den nuværende videnskabelige viden i feltet.
Kursusindhold
I første del af kurset gennemgås de fundamentale processer i
halvleder fysik ved fotoelektrisk energiomdannelse, som er
nødvendige for at forstå solcellens fysiske virkemåde. Den øvre
grænse for effektiviteten af en single-junction solcelle udregnes i
en teoretisk øvelse. Opbygningen af materialer i tyndfilmssolceller
behandles, samt hvilke materiale-egenskaber der er nødvendige for
funktionen af de forskellige lag. For eksempel gennemgås den
gennemsigtige leder (transparent conductive oxide, TCO), som
anvendes i tyndfilmssolceller. Vi introducerer kommercielle
tyndfilmssolcelle-teknologier (CdTe og CuInGaSe2 (CIGS)), samt ny
tyndfilms-teknologi (organiske, Sb2S3, perovskitter, Cu2ZnSnS4
(CZTS), todimensionelle materialer, etc.).
I anden del af kurset vil den studerende vil opnå hands-on erfaring
med tyndfilms-deponering og fremstille uorganiske celler af Sb2S3
på DTU Electro. Til karakterisering af solcelle absorbere benyttes
kendte fotovoltaiske metoder, som strøm-spænding (IV) målinger (i)
til at beregne cellens effektivitet og ii) intern kvante
effektivitet (IQE)/(Extern kvante effektivitet (EQE) til nøjagtigt
at bestemme for hvilke energier sollyset bliver absorberet. Kurset
vil omfatte teoretiske og eksperimentelle øvelser, der skal
sammenfattes i en rapport.
Anden uge af kurset vil foregå på DTU Risø Campus.
Bemærkninger
Underviser: Stela Canulescu, Evgeniia Gilshtein, Moises Espindola,
Denys Miakota, Jørgen Schou, Eugen Stamate.
Sidst opdateret
30. oktober, 2024