Konzentratorsolarzellen aus Galliumarsenid: Modul- und Tandem-Anwendungen
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Konzentratorsolarzellen aus Galliumarsenid
Autor: Blieske, Ulf
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis ___ Y Inhaltsverzeichnis Einleitung..................................................................................................................1 1 Solarstrahlung und Nachführung .................................................................3 1.1 Die spektrale Verteilung der Strahlungsintensität..................................3 1.2 Die winkelabhängige Intensitätsverteilung der Strahlung......................6 1.3 Die Messung der Zirkumsolarstrahlung.................................................9 1.4 Realisierung einer transportablen, energieautarken Nachführanlage zur Messung von Konzentratormodulen..............................................12 1.5 Vergleich von Direkt- und Globalstrahlungintensitäten........................17 1.6 Zusammenfassung und Ausblick........................................................20 2 Optik und Wirkungsgrad der Konzentratoren ...........................................21 2.1 Die Erhaltung des Phasenraumvolumens...........................................21 2.2 Die Bestimmung des optischen Wirkungsgrads..................................23 2.3 Nicht-abbildende Optik........................................................................24 2.3.1 Die Anforderungen an den Konzentrator..................................24 2.3.2 Ein dielektrischer Sekundärkonzentrator..................................25 2.3.3 Holografische Konzentratoren..................................................26 2.4 Abbildende Optik.................................................................................28 2.4.1 Die hyperbolische planar-konvexe Linse..................................28 2.4.2 Strahlverfolgung an abbildenden Fresnellinsen........................30 2.4.3 Kommerzielle Fresnellinsen für Konzentratormodule...............32 2.4.4 Die optischen Wirkungsgrade der Fresnellinsen.......................34 2.4.5 Sphärische Linsen und
Zylinderlinsen......................................37 2.4.6 Die Parabolrinne und der Linearkonzentrator...........................39 2.5 Zusammenfassung und Ausblick.........................................................41 3 Das Verhalten von Solarzellen unter konzentriertem Licht .....................42 3.1 Thermodynamische Energiewandlung................................................42 3.2 Die Obergrenze des Wirkungsgrads von photovoltaischen Energiewandlem..................................................................................44 3.3 Die maximalen Wirkungsgrade von GaAs- und T andem-Solarzellen.............................................................................49 3.4 Die Solarzellenparameter einer idealen Solarzelle..............................52 3.5 Die Rekombination in einer realen Solarzelle......................................55 3.6 Die Injektion der Ladungsträger über den p/n-Übergang....................58 3.7 Die Ströme in der Raumladungszone.................................................60 3.8 Der Einfluß von Serien- und Parallelwiderstand.................................62 3.9 Zusammenfassung..............................................................................64
V| Inhaltsverzeichnis 4 Design und Optimierung von Konzentratorsolarzellen aus GaAs ...........65 4.1 Durch Flüssigphasenepitaxie hergestellte AIGaAs/GaAs Solarzellenstrukturen...........................................................................65 4.1.1 Der diffundierte p/n Übergang..................................................65 4.1.2 Der epitaktische p/n Übergang.................................................66 4.1.3 Die Technologie der LPE-GaAs Solarzellen.............................67 4.2 Durch Gasphasenepitaxie hergestellte AIGaAs/GaAs Solarzellen........8 4.3 Die Materialparameter von Galliumarsenid.........................................70 4.4 Die Lösungen der Transportgleichungen............................................70 4.5 Optimierung von Emitterdicke und Emitterdotierung...........................73 4.6 Die Optimierung der Basis...................................................................77 4.7 Das Design von radialen Vorderseitenkontaktstrukturen....................79 4.7.1 Optimierung für eine homogene Lichtverteilung auf der Solarzelle..................................................................................80 4.7.2 Realisierung verschiedener kleiner Kontaktstrukturen.............83 4.7.3 Dimensionierung eines Grid mit 4 mm Durchmesser...............86 4.7.4 Der Einfluß einer inhomogenen Lichtverteilung........................88 4.8 Design und Optimierung von quadratischen Kontaktstrukturen..........91 4.8.1 Die Anwendung in Systemen mit nicht-abbildender Optik.......92 4.8.2 Optimierung für die Anwendung im holografischen Konzentrator.............................................................................94 4.8.3 Die Kontaktstruktur für Zylinderlinsen.......................................95 4.8.4 Ein Grid für quadratische Mikrolinsen.......................................96 4.9 Der Übergangswiderstand
Halbleiter-Metall........................................97 4.10 Die Optimierung des gesamten Zelldesigns........................................99 4.10.1 Der Emitter der MOCVD-Solarzelle mit radialer Vorderseitenkontaktstruktur...........................................99 4.10.2 Technologie: Einfluß der Antireflexschicht auf den Wirkungsgrad der LPE-EBR-Solarzellen.....................102 4.11 Zusammenfassung und Ausblick......................................................103 5 Messungen der Solarzellenparameter unter konzentriertem Licht .......104 5.1 Die (Super-) Linearität des Photostroms mit der Konzentration........104 5.2 Die Leerlaufspannung in Abhängigkeit der Konzentration................106 5.3 Das Verhalten des Füllfaktors mit steigender Einstrahlung...............109 5.4 Die Wirkungsgrade der GaAs-Konzentratorsolarzellen.....................110 5.4.1 Die Wirkungsgrade der MOCVD-Solarzellen.........................110 5.4.2 Die Wirkungsgrade der LPE-Solarzellen................................111 5.4.3 Die Stabilität des Wirkungsgrades der LPE-GaAs Konzentratorsolarzellen ......................................................................113 5.5 Zusammenfassung und Ausblick......................................................114
Inhaltsverzeichnis_VII 6 Konzentratormodule und Kühlung ...........................................................116 6.1 Die Solarzellenparameter von GaAs-Zellen in Abhängigkeit der Temperatur........................................................................................116 6.2 Die passive Kühlung der Solarzellen.................................................117 6.3 Die Entwickklung der Konzentratormodule........................................120 6.3.1 Messungen der Modulwirkungsgrade.....................................120 6.3.2 Ein Modul mit sphärischen Linsen..........................................122 6.3.3 Ein Konzentratormodul mit Fresnellinsen...............................123 6.4 Zusammenfassung und Ausblick......................................................126 7 Tandem Konzentrator Anwendungen....................................................... 127 7.1 Die gestapelte GaAs / Si Tandem Konzentrator Solarzelle...............127 7.1.1 Optimierung der GaAs-Substratdicke.....................................128 7.1.2 Optimierung der Antireflexschichten auf der Vorder- und Rückseite der GaAs-Solarzelle...............................................130 7.1.3 Die Messungen der Tandem-Wirkungsgrade.........................133 7.2 Die Ga 05 in 05 P / GaAs Tandem-Solarzelle im holografischen Konzentrator......................................................................................137 7.2.1 Die Struktur der Ga 0 5 ln 0 5 P-Solarzelle....................................137 7.2.2 Die Optimierung von Emitter und Basis der G a o. 5 ln o. 5 P ‘Solarzelle...............................................................138 7.2.3 Die Messungen der Solarzellenparameter.............................140 7.3 Zusammenfassung...........................................................................t42 Zusammenfassung und Ausblick
.......................................................................143 Anhang...................................................................................................................145 Literaturverzeichnis 152
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