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Dong Liang Enviado como curso
de Física 240 ,
Universidade de Stanford, outono de 2010 O objetivo da concentração
A principal razão para usar sistemas de concentração é minimizar o uso
de componentes semicondutores caros em favor do uso de componentes ópticos
mais baratos, como vidros e espelhos metálicos. A concentração é
caracterizada pelo fator X = área óptica / área da célula solar. Fatores
de concentração práticos de dezenas a milhares foram alcançados. A concentração pode melhorar a
eficiência celular Para uma célula concentradora pn, assumindo
baixa injeção de portador, a corrente líquida pode ser descrita como J = J sc - J escuro em que J sc é a
densidade de corrente de curto-circuito, J dark é
a densidade de corrente escura e J é a corrente líquida. J sc é proporcional à intensidade da luz na
célula (P). Se a intensidade da luz incidente é aumentada em um fator de
X, J sc aumenta em X vezes
também. Em qualquer polarização dada que está abaixo da tensão de
circuito aberto V oc , onde a corrente escura desaparece, a corrente
líquida também é aumentada por um fator de X. V oc também
é maior se a luz for mais intensa, o que aumenta logaritmicamente
com X. V oc '= V oc + mk T lnX / q Se o fator de preenchimento da célula permanecer o mesmo, a energia
produzida pela célula é aumentada por X (1 + mk T lnX / qV oc ) e a eficiência é aumentada por (1 + mk T lnX / qV oc )
Preocupações práticas Com base na análise simples acima, quanto maior a razão de
concentração X, maior a eficiência que a célula atinge. [1] No entanto,
na prática, existem outros fatores que limitam essa melhoria. Por
exemplo, altas densidades de portadores levam a altas condições de injeção,
que aumentam as perdas por recombinação. E o aumento da temperatura
devido ao calor acumulado aumentará a corrente escura e tornará o V oc menor. Portanto, a maior eficiência
pode ser alcançada com uma taxa de concentração "média". A resistência em série é uma das principais preocupações do projeto da
célula do concentrador. É muito importante porque a corrente é grande e
a queda potencial na própria célula também é grande. Aumentar o nível de
dopagem no emissor reduzirá significativamente a resistência em série, mas
também será limitado pela recombinação devido ao aumento de defeitos. Custos À medida que a razão de concentração X aumenta, o próprio concentrador
começa a dominar o custo do sistema, permitindo, portanto, que células caras
e de alta eficiência sejam usadas economicamente com uma alta eficiência do
sistema. [2] Em outras palavras, para células solares de alta
eficiência, como células tandem III-V, um sistema concentrado pode manter sua
alta eficiência enquanto mantém o custo total baixo. © Dong Liang. O autor concede permissão para copiar, distribuir e
exibir este trabalho de forma inalterada, com atribuição ao autor, apenas
para fins não comerciais. Todos os outros direitos, incluindo direitos
comerciais, são reservados ao autor. Referências [1] J. Nelson, The Physics of Solar Cells (Imperial
College Press, 2003). [2] ALFahrenbruch e RH Bube, Fundamentals
of Solar Cells - Photovoltaic Solar Energy Conversion (Academic Press, 1983). |
