بيت » حد شوكلي-كوايسر

حد شوكلي-كوايسر

1961
  • William Shockley
  • Hans-Joachim Queisser
مختبر أبحاث يحلل كفاءة الخلية الشمسية أحادية الوصلة p-n الأحادية على أساس حد شوكلي-كويسيه.

حد شوكلي-كوايسر هو أقصى كفاءة نظرية لخلية شمسية أحادية الوصلة p-n. ويأخذ هذا الحد بعين الاعتبار فقط خسائر إعادة التركيب الإشعاعي وإشعاع الجسم الأسود. أما بالنسبة لخلية أحادية الوصلة ذات فجوة نطاق مثالية تبلغ 1.34 إلكترون فولت تحت إضاءة شمسية قياسية (AM1.5G)، فإن أقصى كفاءة تبلغ حوالي 33.7%. ويُسترشد بهذا الحد الأساسي في أبحاث وتصميم الخلايا الشمسية.

يوفر حد Shockley-Queisser (SQ)، المعروف أيضًا باسم حد التوازن التفصيلي، سقفًا أساسيًا لكفاءة تحويل الطاقة للخلايا الشمسية. ويتم اشتقاقه من خلال تحليل الديناميكا الحرارية التوازن بين الطاقة الممتصة من الشمس والطاقة المفقودة من الخلية. يقوم النموذج على عدة افتراضات رئيسية: الخلية عبارة عن وصلة p-n واحدة، وتعمل عند درجة حرارة قياسية (300 كلفن)، وتضاء بأشعة الشمس غير المركزة (طيف AM1.5G).

يأخذ الحساب في الحسبان العديد من آليات الفقد التي لا يمكن تجنبها. أولاً، تمر الفوتونات التي تقل طاقتها عن فجوة نطاق أشباه الموصلات ([latex]E_g[/latex]) عبر الخلية دون أن يتم امتصاصها، ولا تساهم بشيء في التيار. ثانيًا، بالنسبة للفوتونات التي تزيد طاقتها عن فجوة النطاق، تُفقد الطاقة الزائدة ([latex]E_g[/latex] - E_g[/latex]) بسرعة كحرارة من خلال الحرارة، حيث يرتاح الإلكترون المثار إلى أسفل نطاق التوصيل. وبالتالي يكون الجهد محدودًا بفجوة النطاق وليس طاقة الفوتون. أما آلية الفقد الأكثر أهمية في حد SQ فهي إعادة التركيب الإشعاعي. وهذه العملية هي العملية العكسية للامتصاص، حيث يتم إعادة تركيب إلكترون وثقب ويصدر فوتون. في الخلية المثالية، هذا هو مسار إعادة التركيب الوحيد. ولأن الخلية عند درجة حرارة غير صفرية فإنها تشع طاقة أيضًا كجسم أسود.

من خلال موازنة تدفق الفوتون الوارد من الشمس مع التدفق الصادر من إعادة التركيب الإشعاعي وإشعاع الجسم الأسود، استنتج شوكلي وكويسر خاصية التيار-الجهد لخلية مثالية. وتحدد نقطة الطاقة القصوى على هذا المنحنى الكفاءة القصوى. تُعد الكفاءة دالة قوية لطاقة فجوة النطاق، حيث تبلغ ذروتها عند 33.7% تقريبًا لفجوة نطاق تبلغ 1.34 فولت وهي قريبة من طاقة زرنيخيد الغاليوم (GaAs). أما بالنسبة للسيليكون ([latex]E_g \ حوالي 1.12[/latex] eV)، فإن الحد الأقصى هو حوالي 32%.

UNESCO Nomenclature: 2210
- الفيزياء

النوع

الحد النظري

الاضطراب

التأسيسية

الاستخدام

الاستخدام الواسع النطاق

السلائف

  • قانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود
  • عمل أينشتاين على التأثير الكهروضوئي والانبعاث المستحث
  • نظرية الوصلة p-n لأشباه الموصلات
  • مبادئ الديناميكا الحرارية، وخاصة القانون الثاني

التطبيقات

  • معيار أداء الخلايا الشمسية أحادية الوصلة
  • تصميم الخلايا الشمسية متعددة الوصلات للتغلب على الحد
  • البحث في الخلايا الشمسية الحاملة للحرارة والخلايا الشمسية ذات التحويل العلوي/السفلي
  • النمذجة الاقتصادية لتكاليف الطاقة الشمسية

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارات محتملة

!!مستويات !!! العضوية مطلوبة

يجب أن تكون عضوًا !!! مستويات!!! للوصول إلى هذا المحتوى.

انضم الآن

هل أنت عضو بالفعل؟ سجّل الدخول هنا
ذات صلة ب: حد الصدمة-كيسر، كفاءة الخلايا الشمسية، الحد الديناميكي الحراري، إعادة التركيب الإشعاعي، فجوة النطاق، التوازن التفصيلي، الوصلة الأحادية، إشعاع الجسم الأسود.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

متاح للتحديات الجديدة
مهندس ميكانيكي، مشروع، هندسة العمليات أو مدير البحث والتطوير
تطوير المنتج الفعال

متاح لتحدي جديد في غضون مهلة قصيرة.
تواصل معي على LinkedIn
تكامل الإلكترونيات المعدنية والبلاستيكية، التصميم مقابل التكلفة، ممارسات التصنيع الجيدة (GMP)، بيئة العمل، الأجهزة والمواد الاستهلاكية متوسطة إلى عالية الحجم، التصنيع المرن، الصناعات الخاضعة للتنظيم، شهادات CE وFDA، التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، Solidworks، الحزام الأسود من Lean Sigma، شهادة ISO 13485 الطبية

نحن نبحث عن راعي جديد

 

هل شركتك أو مؤسستك متخصصة في التقنية أو العلوم أو الأبحاث؟
> أرسل لنا رسالة <

احصل على جميع المقالات الجديدة
مجاني، لا يوجد بريد عشوائي، ولا يتم توزيع البريد الإلكتروني ولا إعادة بيعه

أو يمكنك الحصول على عضويتك الكاملة -مجانًا- للوصول إلى جميع المحتويات المحظورة >هنا<

السياق التاريخي

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم تقديم تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

الاختراع والابتكار والمبادئ التقنية ذات الصلة

انتقل إلى الأعلى

قد يعجبك أيضاً