chapter three the solar cell technology 2e a g.i. module energie solaire copyright, 2006 © ahmed s....

29
CHAPTER THREE CHAPTER THREE THE SOLAR CELL THE SOLAR CELL TECHNOLOGY TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi ة ي طن و ل ا مدرسة ل ا س ن و ت ب ن سي د ن ه مل ل

Upload: dwayne-berry

Post on 02-Jan-2016

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

CHAPTER THREECHAPTER THREE

THE SOLAR CELL THE SOLAR CELL TECHNOLOGYTECHNOLOGY

2e A G.I. Module Energie Solaire

Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi

المدرسة الوطنية

للمهندسين بتونس

Page 2: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

World production (MW)World production (MW)

'90 '92 '94 '96 '98 '000

50

100

150

200

Page 3: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

PV systems shipping (1995)PV systems shipping (1995)

17

9.5

2.6

2.5

2

0.6

0.2

0.1

Siemens Solar

Solarex

Solec international

Astropower

Ase Americas

USSC

Entech

Avanced PV Systems

0 5 10 15 20

Solar panels sold in 1995 (Megawatts)

Page 4: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

SiO2 + 2C Si (solid) + 2CO (gas)

ELECTRODE SiO + C

CO

2 FURNACE

Silicon PurificationSilicon Purification

Page 5: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

SEEDQUARTZ

CRUCIBLE

SUSCEPTOR

HEATINGCOIL (RF)

INTERFACESOLID-LIQUID

ARGONCRYSTAL

FUSED Si

Czochralski Crystal PullingCzochralski Crystal Pulling

Page 6: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

The Silicon IngotThe Silicon Ingot

Page 7: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

HEATINGCOILS

CRUCIBLE

COOLING AIRSOLIDIFICATIONPOINT

FUSED SILICON

Heat Exchange Method Heat Exchange Method (HEM)(HEM)

Page 8: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

DIAMONDEDGE

INGOT

SAW

Inner-Diameter SawInner-Diameter Saw

Page 9: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Multiwire SawMultiwire Saw

Page 10: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Si Wafers Sliced From Si Wafers Sliced From IngotIngot

Page 11: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Pullingdirection

solid-liquidinterface

Cristallinesolid film

Fusedsilicon

Crucible

Edge Film Growth (EFG)Edge Film Growth (EFG)

Page 12: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

FURNACEQUARTZTUBE

DOPINGGAS EXHAUST

WAFERS

Doping of the WafersDoping of the Wafers

Page 13: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

n p

frontContact

BackContact

Antireflectionfilm

Electric Contact on the Electric Contact on the CellCell

Page 14: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

nt m

4

t

Silicon

SiO2

Anti-reflection Solutions Anti-reflection Solutions (1)(1)

Page 15: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

AIR

SILICON

o

R

R(1-R)

(1-R)

R2

o

o

o

o

Junction

Anti-reflection Solutions Anti-reflection Solutions (2)(2)

Page 16: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Aluminum frame

Sealing gasket

EVA Glass

Glass

SpacerCell

Encapsulation of the PanelEncapsulation of the Panel

Page 17: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

D1 D1 D1 D1

By-pass DiodeBy-pass Diode

Page 18: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Current (mA)

Voltage (v)

ISC

Parallel ConnectionParallel Connection

Page 19: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Current (mA)

Voltage (v) VOC

Series ConnectionSeries Connection

Page 20: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Current (mA)

Voltage (v)VOC

ISC

Series-Parallel ConnectionSeries-Parallel Connection

Page 21: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

I Characteristicof the twocells mountedin parallel

I-V characteristicof each individualcell

1

2

2I

I

+I

-I

sc

sc

V

Cells in Parallel with Cells in Parallel with Different VDifferent VOCOC

Page 22: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Characteristicof each cell

Characteristicof the twocells mountedin series

Current

Voltage

2vv+vi-vi

A1

2

oc oc0

Cells in Series with Different Cells in Series with Different IISCSC

Page 23: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Ec

Ef

Ev

1.8 eVpi

n

Amorphous Silicon CellsAmorphous Silicon Cells

Page 24: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Ec

Ef

Ev

1.2 eV

2.4 eV

CdS

Cu S2

CdS/Cu2S CellsCdS/Cu2S Cells

Page 25: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

E c E f

E v

1.5 eV

2.4 eV

n-CdS

p-CdTe

CdS/CdTe CellsCdS/CdTe Cells

Page 26: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

Ec

Ef

Ev1.43 eV

Distance

Energy

GaAsGaAlAs

GaAlAs/GaAs CellsGaAlAs/GaAs Cells

Page 27: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

C2

0 Watt price

Line of theminimum efficiency (cmin)

Row materialcost

Profitabilitylimit line

21 CF

PC

l

oc

P

Cost EffectivenessCost Effectiveness

Page 28: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

C2 0

Watt price

Line of theminimum efficiency (cmin)

Row materialcost

Profitabilitylimit line

P

)( 21 CCF

Poc

l

Importance of the Importance of the EfficiencyEfficiency

Page 29: CHAPTER THREE THE SOLAR CELL TECHNOLOGY 2e A G.I. Module Energie Solaire Copyright, 2006 © Ahmed S. Bouazzi المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس

0

200

400

600 ENCAPSULATION

FABRICATION

SLICING

MONOCRISTAL PULLING

DECOMPOSITION OF HALIDES

SiHCl DISTILL. 3

ARC FURNACE

kWh/m 2

Lostmaterial

Energetic Pay BackEnergetic Pay Back