Hvordan designer man en solcelle, der har potentialet til at omdanne lys til elektricitet med maksimal effektivitet? Og hvordan optimerer man herefter solcellen til at realisere dette potentiale? Disse spørgsmål forsøger vi at besvare i dette kursus. Kurset er baseret på praktisk arbejde med komponentsimulering, suppleret med målinger på rigtige solceller og materialedatamining. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive materialeegenskaber (f.eks. båndgab og doteringsdensitet) og enhedsegenskaber (f.eks. lagtykkelser og kontaktkonfiguration), der er relevante ved design og simulering af en solcelle
• Finde passende karakteristiske værdier i den videnskabelige litteratur eller i databaser
• Afvikle realistiske solcellesimuleringer i én dimension med SCAPS-programmet
• Simulere effekten af at ændre én bestemt egenskab ved solcellens ydeevne (effektivitet, kortslutningsstrøm, tomgangsspænding, fyldfaktor)
• Kvalitativt forklare årsagerne til de observerede trends ved hjælp af matematiske relationer baseret på halvlederfysik og/eller ekstra simuleringer
• Udlede fundamentale grænser for solcellers effektivitet (f.eks. Shockley-Queisser-grænsen) gennem simuleringsarbejde
• Diagnosticere problemer med solcellers ydeevne ved at udføre strøm/​spænding-, kvanteeffektivitet- og kapacitansmålinger på en rigtig solcelle
• Estimere ukendte egenskaber ved at tilpasse måleresultaterne til en simuleringsmodel
• Anvende data mining-teknikker til at vælge potentielle solcellematerialer fra online materialedatabaser
• Designe en optimal solcelle (materialer og komponentarkitektur) efter bestemte specifikationer

Dette er et ”learning-by-doing”-kursus, hvor matematik og fysik ikke præsenteres på forhånd, men i stedet vil blive baseret på dit praktiske arbejde. Undervisningsformatet er som følger: 1) Briefing i plenum med introduktion til koncepter og instruktioner; 2) Praktisk arbejde i grupper (simulering, datamining eller eksperiment); 3) Debriefing i plenum med konklusioner fra jeres praktiske arbejde.

I den første uge lærer du om relevante egenskaber af solcellematerialer og om solceller arkitektur. Ved computersimulering vil du bestemme de centrale elementer i solcellers fysik og de forskellige egenskabers rolle i bestemmelsen af en solcelles opførsel.

I den anden uge tager du i laboratoriet og foretager de målinger, som typisk bruges til at karakterisere en rigtig solcelle. Du vil lære at bruge disse målinger sammen med simuleringsprogrammet for at diagnosticere problemer og estimere ukendte egenskaber i solcellen. Derefter vil du lære at søge i store materialedatabaser for at finde solcellematerialer med bedre egenskaber.

I den tredje uge skal du arbejde med et gruppeprojekt, hvor I skal bruge jeres erfaringer fra kurset til at designe en solcelle efter et sæt specifikationer. Grupperne vil skrive en slutrapport baseret på dette projekt. Udleveret kompendium En Windows-computer eller en Windows virtuel maskine er påkrævet for at køre SCAPS simuleringsprogrammet. (Gratis gamle udgaver af Windows er OK). 23. maj, 2023