열역학적 효율 한계

Thermodynamic efficiency limit

열역학 효율 한계는 이론적으로 태양빛에서 전기로의 변환 효율의 절대적인 최대값입니다.이 값은 약 86%로, 태양 [citation needed]표면에서 방출되는 광자의 온도에 기초한 카르노 한계와 관련된 근사치인 챔바달-노비코프 효율입니다.

밴드갭 에너지 효과

태양 전지는 양자 에너지 변환 장치로 작동하기 때문에 열역학적 효율 한계를 따릅니다.흡수체 재료의 밴드 갭보다 낮은 에너지를 가진 광자는 전자-공 쌍을 생성할 수 없기 때문에 에너지가 유용한 출력으로 변환되지 않고 흡수된 경우에만 열을 발생시킵니다.밴드 갭 에너지 위에 에너지가 있는 광자의 경우 밴드 갭 위의 에너지의 일부만 유용한 출력으로 변환할 수 있습니다.더 큰 에너지의 광자가 흡수되면 밴드 갭 위의 초과 에너지는 반송파 재조합의 운동 에너지로 변환됩니다.과도한 운동 에너지는 운반체의 운동 에너지가 평형 속도로 느려짐에 따라 포논 상호작용을 통해 열로 변환됩니다.따라서, 태양 에너지는 일정 [1]한계 이상의 전기로 전환될 수 없다.

다중 밴드 갭 업소버 소재를 가진 태양전지는 [2]각 빈에 대해 열역학 효율 한계가 높은 작은 빈으로 태양 스펙트럼을 분할하여 효율을 향상시킵니다.이러한 셀(다중접합 셀 또는 탠덤 셀이라고도 함)의 열역학적 한계는 나노의 온라인 시뮬레이터를 사용하여 분석할 수 있습니다.허브[3]

다양한 태양전지 기술에 대한 효율 한계

다양한 태양 전지 기술에 대한 열역학 효율 한계는 다음과 같습니다.

  • 단일 접합 33 33 %
  • 3셀 스택 및 불순물 PV 5050 %
  • 핫 캐리어 기반 또는 충격 이온화 기반 디바이스 - 54 ~ 68 %
  • 상용 모듈은 12~21% 이하
  • AM1.5 스펙트럼에서 작동하기 위한 업컨버터가 있고 2eV 밴드갭이 50.[4]7% 이상인 태양전지

들뜸 태양전지의 열역학 효율 한계

단일 접합 태양 전지의 효율성에 대한 쇼클리-퀴저 한계.이 계산된 곡선은 실제 태양 스펙트럼 데이터를 사용하기 때문에 곡선은 대기 중 적외선 흡수 대역에서 꿈틀거린다.약 34%의 효율 한계는 다중 접합 태양 전지에 의해 초과될 수 있습니다.

들뜸 태양전지는 무기질이나 결정질 태양전지와 달리 결합 및 중간 들뜸 상태에 의해 자유 전하를 발생시킨다.들뜸 태양전지와 무기 태양전지의 효율(들뜸 결합 에너지)[5]은 쇼클리와 키서가 설명한 [6]대로 31%를 초과할 수 없다.

캐리어 증식에 따른 열역학 효율 한계

캐리어 증식은 흡수된 각 광자에 대해 복수의 전자-공 쌍 생성을 촉진한다.광전지의 효율 한계는 열역학적 효과를 고려할 때 이론적으로 더 높을 수 있다.태양의 비농축 흑체 방사선으로 구동되는 태양 전지의 경우 이론적으로 최대 효율은 43%인 반면, 태양의 완전 농축 방사선으로 구동되는 태양 전지의 경우 효율 한계는 최대 85%이다.이러한 높은 효율 값은 태양 전지가 복사 재조합과 운반체 [7]증식을 사용할 때만 가능합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Nanostructured Organic Solar Cell" (PDF). me.berkeley.edu. Retrieved 2011-07-22.
  2. ^ Cheng-Hsiao Wu and Richard Williams (1983). "Limiting efficiencies for multiple energy-gap quantum devices". J. Appl. Phys. 54 (11): 6721. Bibcode:1983JAP....54.6721W. doi:10.1063/1.331859.
  3. ^ "nanoHUB.org – Resources: PVLimits: PV thermodynamic limit calculator". nanohub.org. Retrieved 2016-06-12.
  4. ^ "An Assessment of Solar Energy Conversion Technologies and Research Opportunities" (PDF). gcep.stanford.edu. Retrieved 2011-07-22.
  5. ^ Giebink, Noel C.; Wiederrecht, Gary P.; Wasielewski, Michael R.; Forrest, Stephen R. (May 2011). "Thermodynamic efficiency limit of excitonic solar cells". Physical Review B. 83 (19): 195326. Bibcode:2011PhRvB..83s5326G. doi:10.1103/PhysRevB.83.195326.
  6. ^ Shockley, William; Queisser, Hans J. (1961). "Detailed Balance Limit of Efficiency of p‐n Junction Solar Cells". Journal of Applied Physics. The American Institute of Physics. 32 (3): 510–519. Bibcode:1961JAP....32..510S. doi:10.1063/1.1736034. Retrieved 2011-07-22.
  7. ^ Brendel, Rolf; Werner, Jürgen H.; Queisser, Hans J. (1996). "Thermodynamic efficiency limits for semiconductor solar cells with carrier multiplication". Solar Energy Materials and Solar Cells. Elsevier. 41–42: 419–425. doi:10.1016/0927-0248(95)00125-5. ISSN 0927-0248. Retrieved 2011-07-22.