< Terug naar vorige pagina

Project

Gedetailleerd onderzoek naar de impact van het introduceren van piramides op nanoschaal in kristallijn-silicium zonnecellen

De wereld wordt geconfronteerd met een klimaatcrisis met de uitdaging om de wereldwijde temperatuurstijging de komende tien jaar onder de 1.5 °C te houden om de meest ernstige gevolgen ervan te keren. Tegelijkertijd heeft de steeds toenemende vraag naar elektriciteit voor huishoudelijk en industrieel gebruik ook de groei in de sector van hernieuwbare energie gestimuleerd. Met name in de sector van energieopwekking is het marktaandeel van de fotovoltaïsche (PV) technologie gebaseerd op kristallijn silicium (c-Si) de afgelopen tijd snel gegroeid met een continue daling van de moduleprijzen. Verdere rendementsverbeteringen en kostenverlagingen zijn nodig om de wereldwijde uitrol van PV op terawattschaal mogelijk te maken. Deze doelstellingen kunnen mogelijk worden bereikt door c-Si-zonnecellen met enkelvoudige junctie te vervaardigen op dunnere wafels om cel gerelateerde kosten te beperken of door tandemcellen te realiseren gebruik makend van een c-Si bodemcel om de systeem gerelateerde kosten te minimaliseren. Desalniettemin is het voor beide genoemde routes een uitdaging om volledige lichtabsorptie te garanderen bij golflengten waar de absorptiecoëfficiënten voor c-Si laag zijn vanwege de indirecte optische bandkloof.

Het is bekend dat een geavanceerd patroon voor lichtvangst, gebaseerd op periodische inverse nanopyramide roosters, het zwak absorberende licht effectief opsluit in een c-Si substraat. Uit analytische berekeningen en numerieke simulaties is al aangetoond dat de diffractieroosters de algemeen aanvaarde Lambertiaanse lichtvanggrens voor een bepaald golflengtebereik overschrijden. Andere voordelen van het gebruik van diffractieroosters op nanoschaal in plaats van de standaard willekeurige pyramidetextuur omvatten de mogelijkheid van golflengte-selectieve lichtvangst door het afstemmen van de roosterperiode, de verminderde afhankelijkheid voor het invallende licht van de invalshoek en minder materiaalverspilling tijdens het textuurproces. De verwachte prestatieverbetering door het gebruik van diffractieroosters moet echter nog worden aangetoond op op wafels gebaseerde zonnecellen. Dit betekent dat er extra optische en elektrische verliezen aanwezig zijn die bij theoretisch onderzoek over het hoofd zijn gezien. Het doel van dit proefschrift is daarom om de intrinsieke en experimentele beperkingen die worden veroorzaakt door de introductie van inverse nanopyramide roosters in c-Si zonnecellen volledig te evalueren. Deze beperkingen werden dus systematisch geïdentificeerd en aangepakt, waardoor superieure infrarood lichtopvang kon worden aangetoond met betrekking tot de state-of-the-art willekeurige micropyramiden en een beste efficiëntie van 22.3% voor een cel met enkelvoudige junctie mogelijk werd gemaakt. Ten slotte wordt, afgezien van de optische effecten, de rol van de grootte van de nanopyramides op de elektrisch veld geïnduceerde passivatie beschreven.

Datum:12 nov 2015 →  25 aug 2020
Trefwoorden:photovoltaics
Disciplines:Mechanica, Mechatronica en robotica, Modellering, Multimediaverwerking
Project type:PhD project