Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
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.

(صورة تم إنشاؤها للتوضيح فقط)

حد شوكلي-كويسر هو الحد الأقصى النظري لكفاءة خلية شمسية أحادية الوصلة من نوع pn. وهو يأخذ في الاعتبار فقط إعادة التركيب الإشعاعي وفقدان الإشعاع الناتج عن الجسم الأسود. بالنسبة لخلية أحادية الوصلة ذات فجوة نطاق مثالية تبلغ 1.34 إلكترون فولت تحت إضاءة شمسية قياسية (AM1عند 0.5 جيجاهرتز، تبلغ الكفاءة القصوى حوالي 33.7%. هذا الحد الأساسي يوجه أبحاث وتصميم الخلايا الشمسية.

يُوفر حد شوكلي-كوايسر (SQ)، المعروف أيضًا باسم حد التوازن التفصيلي، سقفًا أساسيًا لكفاءة تحويل الطاقة في الخلايا الشمسية. ويُشتق هذا الحد من خلال تحليل التوازن الديناميكي الحراري بين الطاقة الممتصة من الشمس والطاقة المفقودة من الخلية. ويفترض النموذج عدة افتراضات رئيسية: أن الخلية عبارة عن وصلة p-n واحدة، وأنها تعمل عند درجة حرارة قياسية (300 كلفن)، وأنها مُضاءة بضوء الشمس غير المُركز (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

يكتب

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

بسبب عمليات جمع البيانات من خلال برامج الروبوت، والتي تتجاوز حاليًا 40 ألفًا يوميًا، فإن هذا المحتوى مخصص لأعضاء المجتمع فقط.
> تسجيل الدخول < أو > سجل < (مجاني 100٪) للوصول إلى هذا، وكذلك جميع المحتويات والأدوات الأخرى المقيدة.

ذات صلة ب: حد الصدمة-كيسر، كفاءة الخلايا الشمسية، الحد الديناميكي الحراري، إعادة التركيب الإشعاعي، فجوة النطاق، التوازن التفصيلي، الوصلة الأحادية، إشعاع الجسم الأسود.

السياق التاريخي

حد شوكلي-كوايسر

1960
1960
1960
1961
1962
1963
1965
1960
1960
1960
1960-05-16
1962
1963
1964
1968

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

الاختراع والابتكار والمبادئ التقنية ذات الصلة

الصور بالحجم الكامل والتنزيلات متاحة فقط 100% مجاناً للأعضاء المسجلين.