Hiệu suất chuyển đổi năng lượng Pin mặt trời

TRI HC BÁCH KHOA HÀ NI
VIN VT LÝ K THUT


BÁO CÁO MÔN HC
 TÀI: 
Giảng viên hướng dẫn:
GS - c Huyn
Sinh viên thực hiện:
Lê Quc Hi
20090929


20092329

Ngô Quang Trung
20092863
Hà Nội, tháng 10/2013
MC LC
Phn I.  3
I.1. Hiu sut ca quá trình bin 3
I.1.1. Các tham s n ch  làm vic và hiu sut 4
i thin hiu sut pin mt tri 6
Phn II. ng c sáng 8
II.1. Các yu t ng c sáng 8
II.2. Khc phc hn ch c  nâng cao hiu sut 10
Phn III. ng ca nhi 12
III.1. S ng ca nhi n b rng vùng cm ca vt liu 12
III.2. S ng ca nhi n dòng ngn mch 13
III.3. S ng ca nhi n th h mch 14
TÀI LIU THAM KHO 16

Phn I. 
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
3

Phn I. 
I.1. Hiu sut ca quá trình bin
 Gii hn lý thuyt cu hiu sun ca h hai mc
ng


0
 
0
ng s photon ti có
c sóng trong khong ca photon. T s c
ng hn t hp th ca photon trong n
 
C
u b hp th). Mu s là tng
các photon ti ht hàm s ca E
g
i 1.2

Hình 1.1. Hiệu suất của quá trình biến

đổi quang điện phụ thuộc vào độ rộng
vùng cấm của vật liệu
Hình 1.2. Năng lượng tổn hao và hiệu suất
biến đổi quang điện của Si

-  c
max
= 0.44 xung quanh giá tr E
g
= 1.5eV.
Kt qu này có tính tng quát và áp dng cho các h 2 mng bt k
- ng tn hao trong mt quá trình bin ch yu do 2 nguyên
nhân sau:
 ng < E
g
không b n t hp th mà truyn quan vt
rn
Phn I. 
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
4

 Do quá trình hi phn t và l trng gi-E
g

cho mng tinh th vt r tng

- i vi bán dn Silicon Si, E
g

= 1,16eV, tính toán cho thy 23% m
ng do photon truyn qua, 33% b mt do quá trình hi phc cn t và l trng
c ch      y i v    n trên vt liu Si thì
0.44.
I.1.1. Các tham s n ch  làm vic và hiu sut
- Có 5 tham s n ch  làm vic và hiu sut ca pin mt tri:
 n tr nn tr ni tip) R
S

 n tr 
sh

 Dòng bão hòa I
S

  bc x mt tri E
 Nhi ca pin T
- u kin bc x ng(không hi t) các tham s trên có th 
tham s c lp, tr n bão hòa I
S
và nhi T
 Hiu sut pin mt tri ph thun tr 
sh
n tr ni (R
S
)
- n tr 
sh
p tip xúc p-n, ph thuc công ngh
ch to lp ting giá tr ca R

sh
khá ln, nên dòng dò có th b qua.
- n tr R
S
là tng cn trn tr tip xúc gin ci và bán
dn p, R
1
n tr lp bán dn kim lon tr lp bán dn n, R
3
n tr tip xúc
gia bán dn n và cc kim loi trên , R
4
n tr ca ci kim loi mt trên ,R
5
và
n tr ca các thanh góp kim loi mt trên , R
6





6
1
654321
i
iS
RRRRRRRR

- S c gim R

sh
ng xn công sun ca pin mt tri. V
m thn tr này s làm bin d-A, R
S
gây ra s gi
nghiêng cn làm vit ngun th. Còn n
tr 
sh
n pin mt tri làm vic
t ngun dòng
Phn I. 
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
5


Hình 2.1 Đặc trưng V-A của pin mặt
trời phụ thuộc điện trở nội R
S
Hình 2.2 Đặc trưng V-A của pin mặt
trời phụ thuộc điện trở sơn R
Sh

 Hiu sut pin mt tri ph thuc vào vt liu ch to pin mt tri
- Thông s quan trng n hiu sut bin ca pin mt tri
 rng vùng cm ca vt liu ch to pin mt tri.Lý thuyt và thc nghi
thy r có hiu sut  rng vùng cm ca vt liu phi trong khong
n 1.6eV. Hình 2.3 cho thy s ph thuc cu hiu sut bin vào
 rng vùng cm Eg ca mt s vt liu  300K

Hình 2.3 sự phụ thuộc của hiệu suất quang điện
vào độ rộng của vùng cấm của vật liệu ở 300k
- Ta thy rng, S có vùng cm Eg=1.16eV không phi vt liu tt nh sn xut
pin mt tri. Các vt lim trong vùng
Phn I. 
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
6

cm cho gii hn cho hiu sut cao nói trên. Các pin mt tri t các vt ling
c ch ti dng màng mnh hình. Bng 1 cho hiu sut bii quang
n lý thuyt ca mt s vt liu pin mt tri

Bảng 1. Hiệu suất lý thuyết của một số vật liệu pin mặt trời
- Mt trong các công ngh trin v gim giá thành pin mt tri là công ngh
pin mt tri màng m  nh hình. Ngoài ra nh công ngh  i ta không
nhng ch tc các pin mt tri có mt lp tip xúc pn có din tích ln mà còn to
c các pin mt tri có nhiu lp tip xúc pn cho hiu sut bin cao t
8%-15%

Bảng 2. Các vật liệu chế tạo pin mặt trời màng mỏng
I.1.2. i thin hiu sut pin mt tri
- Gii hn thc t ca hiu sut bin ca pin mt tri  25
0
C trên 2
mc  ng là 25%. Nguyên nhân là do h thng 2 m  ng ch có th
hpth các photon tng < Eg b truyn
Phn I. 

PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
7

qua vt liu mà không gây ra hiu 
 tn dng phng truy thng pin mt tri
gm nhiu mng
  h thng gm 3 mng
- Xét 1 h gm nhiu mng có vùng cm gim dn E
g1
>E
g2
>E
g3

c chiu ti vt ling > E
g1
s c h th
nht hp thng < E
g1
s c lp tip xúc th 2 hp th, các
ng < E
g2
s c lp th 3 hp thy, m 
th hp th c tt c các photon có mng E
g3
< E
g
< E

g1
và E
g
> E
g1
thay vì
ch ng >E
g1
b hp thy hiu sut ca h thng này s
ng 40%)

Hình 2.4 Cấu trúc pin mặt trời nhiều
mức năng lượng
Hình 2.5 Sơ đồ năng lượng của lớp
tiếp xúc của vật liệu có năng lượng
vùng cấm giảm dần
 Pin mt tr   rng vung cm gim dn (The graded band gap
cell_GBGC)
- H thng này là t hp gm rt nhiu lp ti ng
ca h thng vùng cm gim dn t E
g1
n E
g2

g1
là lp
b mt, E
g2
là lp tip xúc pn. Vùng chuyn tip có th ng
bii E

g1
 E
g2
là mt máy phát quang - n. Hàng rào th 
mt máy phát quang-n th 2.


Phn II. ng c sáng
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
8

Phn II. ng c sáng
II.1. Các yu t ng c sáng
- Ho ng ca pin mt tri c chiu sáng tp trung mang li hai li ích
chính:
o Th nht, s ng các tm pin mt tri phi thu ánh sáng mt tri ti mt
khu vc    , mà chi phí sn xut ca nhng tm pin này
ng i các t c thit k  chiu sáng không tp
u qu).
o Th hai, hoi ánh sáng tp trung cung cp li th trong hiu sut
t ng mt tri. Nu ánh sáng mt trc tp trung bi mt
h s X (X mt tri chiu sáng), ngn mch ti khu vc tp trung là

- Gi nh rng các thông s ca cht bán dn không b ng bi ng 
chiu sáng và nhi ca các tm pin là ging nhau  c hai c chiu sáng - không
nht thit phi gi nh là X rt l > 100. Tuy nhiên, nhng gi nh này
s cho phép th hin hiu sut tích tr ng ca các tm pin mt tri tp trung.
- Ta có:

- Thay th c:

- Mt khác,

- Suy ra,
Phn II. ng c sáng
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
9


Vi FF là hàm ca V
OC

- 

- C hai h s nhân vi s u sut ca l mt trng
 chiu sáng y, hiu qu ca các tm pin mt tri t
chiu sáng t Ta có th thy mi quan h 

- Tt nhiên, có rt nhiu tr ng u này. Các pin mt tri tp trung
phc làm mát, vì s  hong làm gim V
OC
, và hiu sut pin.
FF
Xsuns
gidòng gim do n tr ký sinh.
Phn II. ng c sáng

PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
10

II.2. Khc phc hn ch c  nâng cao hiu sut
-  nâng cao hiu sut pin mt tri ph thu i ta ci tin
lp kính phía trên pin mt tr u sut hp thu, gim phn x ánh sáng.

- Hình trên là các cu hình ca ng kính Fresnel (a) ng kính Fresnel tm
cho mt tia chiu tp trung vào khu vc hong tròn ca các tm pin mt tri. (b) Tm
thng, hoc mt trc, ng kính Fresnel tp trung vào mt s tm pin mt tri trong mt
chui. (c) ng kính Fresnel hình vòm thng
- Bên c dng các h thng g pin mt tri có th xoay
  thu nhn ánh sáng t mt tri là t

Phn II. nh ng c sáng
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
11




Phn III. ng ca nhi
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
12

Phn III. ng ca nhi
III.1. S ng ca nhi n b rng vùng cm ca vt liu
- Gi tt c các linh kin bán dn khác, nhi có ng rt ln pin
mt tri. Nhi  làm gim b rng vùng cm ca bán dn
hu ht thông s ca vt liu bán dn. Gim b rng vùng cm ca cht bán dn cùng s
 có th c th hi s ng cn t trong vt liu. Do
 cn mng th phá v liên kt. Trong ch  liên kt
ca vùng cm bán dng liên kt ging vùng
cm. Vì vy, khi nhi  làm gim b rng vùng cm.
- B rng vùng cm ginh lut:





 







 

Vi a và b là các hng s ph thuc vt liu;






 rng vùng cm ca vt liu  T = 0K
 




và a, b ca mt s loi vt lin hình.






(eV)
a (10
-4
eV)
b (K)
Si
1,16
7
1100
GaAs
1,52
5,8
300
- T bng s liu trên, ta có th c giá tr E
g

ca các vt liu trên  các vt
liu khác nhau:
T(K)
0,00
273,00
300,00
373,00
473,00
573,00
673,00
Eg, Si
1,16
1,12
1,12
1,09
1,06
1,02
0,98
Eg, GaAs
1,52
1,44
1,43
1,40
1,35
1,30
1,25
- T  thy rng, tùy thuc vào các loi vt liu khác nhau mà s nh
ng ca nhi lên b rng vùng cm ca chúng là khác nhau, có vt liu gim ít
t liu gim khá nhiu.
Phn III. ng ca nhi

PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
13

III.2. S ng ca nhi n dòng ngn mch
- n mch I
SC
n trong mch ca pin mt tri khi làm ngn mch
n tehes mch ngoài cn mc
biu din bi công thc sau:


 

 










 











I
ph
n sinh ra khi có ánh sáng chin (A/m
2
)
I
S

2
)

R
S

2
)
n

R
sh

2
)

- 

S

D



 

 
- 


- 
SC




Phn III. ng ca nhi
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
14


III.3. S ng ca nhi n th h mch
- Th h mch V
OC

là hin th ch ngoài ca pin mt tr

sh

 

 






 

 

 







 


 













- 
ph
<<I
S












OC



S

S



S



 



 













g
th


g
o
= g
th

- 
OC



















- 
o



ph

o

Phn III. ng ca nhi
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI
15

 
g
 
OC
     
ph
  

OC



- 


TÀI LIU THAM KHO
PIN MT TRI - PH3370

HIU SUT CHUYN I NNG LNG CA PIN MT TRI

16

TÀI LIU THAM KHO
[1] Pin mặt trời và Ứng dụng - PGS. TS. Đặng Đình Thống
[2] Handbook of Photovoltaic Science and Engineering - Antonio Luque, Steven Hegedus