Optimizarea Constructala a Structurilor Fotovoltaice

Introducere

O celulă fotovoltaica poate fi asimilata cu o dioda fotosensibila, functionarea ei bazandu-se pe proprietatile materialelor semiconductoare. Celula fotovoltaica permite conversia directa a energiei luminoase in energie electrica. Principiul de functionare se bazează pe efectul fotoelectric.

De fapt, o celula este constituita din doua straturi subtiri de material semiconductor. Cele doua straturi sunt dopate diferit:

- pentru stratul n, aport de electroni periferici;

- pentru stratul p, deficit de electroni.

Intre cele doua straturi va apare o diferenta de potential electric. Energia fotonilor luminii, captati de electronii periferici (stratul n) le va permite acestora sa depaseasca bariera de potential si sa creeze astfel un curent electric continuu. Pentru colectarea acestui curent, se depun, prin serigrafie, electrozi pe cele doua straturi semiconductoare Electrodul superior este o grila ce permite trecerea razelor luminoase. Pe acest electrod se depune apoi un strat antireflectorizant, pentru cresterea cantitatii de lumina absorbita.

Rezistenta serie a celulei, Rs, intalnita de curentul lateral (orizontal) in stratul superior al celulei este responsabila de reducerea puterii electrice furnizate de celula, in sarcina. Un design electric (structural) optim are in vedere minimizarea lui Rs prin utilizarea unui material cat mai bun conductor in constructia stratului superior, cresterea grosimii sale, contacte galvanice bune, si o geometrie optima pentru gridul colector.

Contact frontal

Siliciu tip n

Jonctiune p-n

Siliciu

Contact

Fig. 1. Jonctiunea p-n

In aplicatia curenta, aceasta problema de optimizare este echivalenta cu identificarea structurii gridului colector care minimizeaza RS.

Presupunem ca celula FV functioneaza in regim stationar (curent continuu). Datorita grosimii mici in raport cu suprafata, structura FV este reprezentata corespunzator printr-un model 2D, care include suprafata generatoare (cu sursa de curent si de conductivitate electrica, 0, mica) si gridul colector (fara sursa de curent, cu conductivitate electrica, 1, mare). In aceste ipoteze, problema este

2V 2V w 0, (1)

x 2 y 2

unde w’’’ este sursa FV de curent (de volum), este conductivitatea electrica, iar V este potentialul electric. Conditii la limita specifice (potential sau curent) inchid modelul. In continuare veti studia designul electric optim pentru celula FV elementara precum si primele ansamblurile de ordin superior, optimale.

1

Celula elementara

Cantitatea de material a gridului, Vp, de conductivitate p, precum si volumul celulei FV, V H0L0W ,

sunt presupuse constante. In consecinta, aria suprafetei celulei FV acoperita de grid este constanta. In procesul de optimizare H0 si L0 pot varia, dar produsul lor A0=H 0L0 ramane constant. Calea buna conductoare electric (degetul, de conductivitate p) este plasata pe axa Ox.