Tyndfilmssolceller

• 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.

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.

10303/10260, 10303/10260 eller lignende, Elementært kendskab til fotonik, optik, nanoteknologi og materialefysik er en fordel.

Forelæsninger, teoretiske og praktiske øvelser.

Underviser: Stela Canulescu, Moises Espindola, Jørgen Schou, Eugen Stamate.