Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar KRISTÁLYOS SZILÍCIUM ALAPÚ, VÉKONY FOTOAKTÍV RÉTEGŰ NAPELEMSZERKEZETEK HŐMÉRSÉKLETFÜGGŐ TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA Doktori (Ph.D.) értekezés tézisfüzete Szerző: Plesz Balázs okleveles villamosmérnök Témavezető: Dr. Mizsei János egyetemi tanár az MTA doktora Elektronikus Eszközök Tanszéke Budapest, 215.
1 Bevezete s Napjainkban számos új technológia megoldással próbálkoznak a napelemek gyártási költségeinek csökkentésére. Kristályos szilícium esetében a legkézenfekvőbb megoldás a napelemben felhasznált szilícium mennyiségének, vagyis a szelet vastagságának csökkentése. A kristályos szilícium alapú napelem technológiai fejlődését összefoglaló és előrejelző International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV) a jövőben a napelemek vastagságának folyamatos csökkenésére számít. Előrejelzéseik szerint 224-re egyes technológiák esetében akár 2 um-es szeletvastagságokat is használhatnak ipari volumenű gyártásban. (Lásd 1. ábra). 1. ábra: az ITRPV szerinti előrejelzés a kristályos szilícium alapú napelem cellák vastagságának csökkenésére 224-ig 1 Az elmúlt években számos olyan cellastruktúrát és szeletelőállítási technológiát dolgoztak ki, amelyek célja a jó minőségű szilícium alapanyag felhasználásának csökkentése. Ezeknél a cellastruktúráknál a fotoaktív réteg is jóval vékonyabb, mint a jelenleg elterjedt cellatípusok esetében, így jogosan merül fel a kérdés, hogy a cellaszerkezetek vékonyodása miként befolyásolja a cella egyes üzemi paramétereit és azok hőmérsékletfüggését. 1 Forrás: International Technology Roadmap for Photovoltaic (214) 2
1.1 A kutatás célkitűzései Kutatásaim elsődleges céljaként azt tűztem ki, hogy megvizsgáljam, a fotoaktív réteg vékonyodása miként befolyásolja a napelemek paramétereinek hőmérsékletfüggését. Másodlagos célom a téma újszerű megközelítése volt. A napelemek jellemzőinek hőmérsékletfüggését manapság lényegében a fotovoltaikus eszközök egy hátrányos adottságának tekintik, mintsem egy tervezhető paraméternek, amely a struktúra és a technológia jellemzőiből származtatható. Disszertációmban egy adott technológiai jellemző a fotoaktívréteg-vastagság a hőmérsékletfüggésre gyakorolt hatását vizsgálom, így abból az alapfeltevésből indulok ki, hogy az egyes paraméterek hőmérsékletfüggése igenis befolyásolható technológia eszközökkel. Disszertációm alapkérdését ezzel a lényegében új szemléletmóddal megközelítve célom, hogy hozzájáruljak ahhoz, hogy a jövőben a napelemstruktúrák optimalizálása kiterjedjen a hőmérsékletfüggő viselkedésre is. 2 Vizsga lt minta k e s vizsga lati mo dszerek A fotoaktív réteg vastagságának az egyes napelem-paraméterekre gyakorolt hatását két különböző napelemstruktúrán vizsgáltam. Az egyik mintasorozat egy saját fejlesztésű mintakészítési eljárással előállított, 1 és 31 µm közötti fotoaktívréteg-vastagságú egykristályos napelemmintákból állt. A második sorozat a neuchateli Institute of Microtechnology által készített mikrokristályos szilicium napelemeket tartalmazott, amelyek vastagsága 2 és 6 µm között változott. Kutatásaimat alapvetően két vizsgálati módszerre, és az azokból nyert mérési eredmények kiértékelésére alapoztam. A vizsgált mintákon egyrészt hőmérsékletfüggő áram-feszültség karakterisztikákat, másrészt pedig hőmérsékletfüggő spektrális válaszokat vettem fel saját fejlesztésű mérőkörnyezetben. Az áram feszültség karakterisztikákat és a spektrális válaszfüggvényeket fokonként vettem fel 1-85 C hőmérséklettartományban. Az áram feszültség karakterisztikákat 2 és 14 W/m 2 közötti fényintenzitás-tartományban 2 W/m 2 -es lépésközökkel vettem fel. Az egyes hőmérsékletekhez tartozó mérési eredményekre az egydiódás napelemmodell Lambert-féle W-függvényes explicit alakjának megfelelő görbét illesztettem, ezzel a különböző hőmérsékleteken meghatározva az egydiódás napelemmodell paramétereit (fotoáram, telítési áram, idealitási tényező, soros és párhuzamos ellenállás). Az egyes minták ily módon meghatározott paramétereinek hőmérsékletfüggését összehasonlítva vizsgáltam a fotoaktív réteg vastagságának hatását. 3
3 Ú j tudoma nyos eredme nyek A disszertációm során született új tudományos eredmények négy tézispontban foglalhatók össze. Ezek közül az első és második tézispont a vizsgálatokhoz szükséges mintakészítési és mérési eljárásokhoz kapcsolódik, a harmadik a mintákon végzett mérések eredményeiből levonható következtetésekre vonatkozik, míg a negyedik egy új, napelemekre alkalmazható hőmérséklet- és fényintenzitás-függő viselkedést figyelembe vevő modellt tartalmaz. 3.1 I. tézis Mintakészítési eljárás Alkotó módon alkalmaztam ismert technológiai lépéseket olyan egykristályos szilícium napelemek készítésére, amelyek kizárólag a fotoaktív réteg vastagságában különböznek. Az így készített minták alkalmasak a fotoaktívréteg-vastagság a napelem paramétereire gyakorolt hatásának célzott vizsgálatára. A mintakészítés lényege, hogy az összes vizsgálandó minta egy alapanyag szeleten, egy technológia lépésorral készül, ezzel kiküszöbölhetők az alapanyag szórásából és a technológia reprodukálásából eredő különbségek. A mintakészítési eljárás az alapanyag lokális vékonyításával éri el a különböző fotoaktívréteg-vastagságokat. Az eljárás két fő előnye, hogy egyrészt technológiailag rugalmas, azaz a mintakészítés fő lépései (p-n átmenet, fémezés, lokális vékonyítás) bármely meglévő technológiával megvalósíthatók, másrész pedig a megfelelő epitaxiális szeletekből kiindulva akár 1 µm alatti fotoaktívréteg-vastagságok is elérhetők, anélkül, hogy a vékony vagy ultravékony szilícium szeletek kezelésének nehézségei felmerülnének. [J1, C1, C2, C4] Az általam kidolgozott mintakészítési eljárással olyan vékony fotoaktív rétegű napelemstruktúrák készíthetők, amelyek kizárólag a fotoaktív réteg vastagságában térnek el egymástól. A mintakészítési eljárás a Fraunhofer ISE által kidolgozott EpiWE (Eptaxial Wafer Equivalaent) technológia elvére épül, és egy gyengén adalékolt epitaxiális rétegű, erősen adalékolt alapszeletből indul ki. A különböző fotoaktívréteg-vastagságok az epitaxiális réteg lokális visszamarásával alakíthatók ki. Az erős adalékolás miatt egyrészt igen alacsony az élettartam a szubsztrátban, így az gyakorlatilag nem járul hozzá fotoáramhoz. Másrészt pedig a szubsztrát erős adalékolása miatt kialakul a hátoldali visszaszóró mező, amely a legtöbb kristályos szilíciumból készült ipari napelemcella jellemzője. A mintakészítési eljárás folyamatábráját a 2. ábra mutatja. Az elkészített mintákon az epitaxiális réteg lokális visszamarását tetrametil-ammónium-hidroxid (TMAH) oldatban végeztem, maszkoló rétegként termikus oxidot használtam. A p-n átmenetet kétlépéses diffúzióval alakítottam ki, fémezésként pedig vákuumpárologtatott alumíniumot alkalmaztam. 4
2. ábra. A kidolgozott mintakészítési eljárás folyamatábrája 5
3.2 II. tézis Nagy soros ellenállású napelem minták spektrális válaszának meghatározása Új mérési eljárást dolgoztam ki nagy soros ellenállású napelemminták spektrális válaszfüggvényének meghatározására. Az eljárás lényege, hogy a napelem rövidzárási árama helyett a napelem teljes karakterisztikáját mérjük, megfelelő nagyságú záróirányú előfeszítést is alkalmazva. Az ily módon megmért áram feszültség karakterisztikákra az egydiódás napelem modell Lambert-féle W-függvényes explicit alakjának megfelelő görbét illesztve meghatározható a napelemminta fotoárama, amely az egyik görbeillesztési paraméter. Az így meghatározott fotoáramból ezek után már számolható a napelem spektrális válaszfüggvénye. Az eljárás nem elhanyagolható párhuzamos parazita ellenállású napelemminták esetében is alkalmazható. A spektrális válasz meghatározásához az IEC 694-9 szabvány szerint a rövidzárási áramot mérik, és ezt viszonyítják a beérkező fényintenzitáshoz az adott hullámhosszakon. Ha a mérendő napelemnek a soros ellenállása nem elhanyagolható, akkor a szabványos mérési eljárás esetében a soros ellenállás torzíthatja a mérési eredményeket. Amennyiben a napelem párhuzamos ellenállásának hatását elhanyagolhatónak feltételezzük, rövidzárás esetében a rövidzárási áramra a következő kifejezést kapjuk: I SC R s I SC = I ph I (e nu T 1) Látható, hogy amennyiben a soros ellenállás elhanyagolhatóan kicsi, a rövidzárási áram gyakorlatilag azonos a fotoárammal. Ha azonban a soros ellenálláson számottevő feszültség esik, akkor a rövidzárásban vele párhuzamosan kapcsolt p-n átmeneten szintén I SC R s feszültség esik, aminek hatására a p-n átmeneten átfolyó áram exponenciálisan függ a soros ellenállástól és a rövidzárási áramtól. Mivel ez az áram a diódán elfolyik, a fotoáram helyett egy ezzel a tényezővel csökkentett áramot kapunk rövidzárási áramként. Az összefüggésből látható, hogy a rövidzárási áram növekedésével exponenciálisan növekszik a p-n átmeneten elfolyó áramveszteség, így a rövidzárási áram és a fotoáram között egyre nagyobb a különbség, azaz a rövidzárási áram egyre kevésbé lineárisan növekszik a fotoárammal, illetve a besugárzott teljesítménnyel is. Az olyan minták esetében, amelyek fotoárama a vizsgált hullámhossztartomány egy részében vagy egészében erős hőmérsékletfüggést mutatnak, a soros ellenállás a spektrális válaszok hőmérsékletfüggését is torzíthatja, hiszen a növekvő rövidzárási árammal növekszik a p-n átmeneten elfolyó áram. Mindemellett a telítési áram is növekszik a hőmérséklettel, így a spektrális válasz 6
hőmérsékletfüggésének vizsgálatakor a soros ellenállás telítési áramon keresztül is torzíthatja a mérési eredményeket. Amennyiben a spektrális válasz mérésénél nem kizárólag a napelem rövidzárási áramat mérjük, hanem a napelem áram feszültség karakterisztikáját vesszük fel, továbbá a karakterisztika felvételét kiterjesztjük negatív feszültségtartományokra is, a mérési eredményekre az egydiódás modell Lambert-féle W függvényes, explicit alakjának megfelelő görbét illesztve a fotoáram meghatározható. A soros ellenállás gyakorlatilag egy alsó korlátot szab a napelem munkapontjának, azaz az ideális, soros ellenállás nélküli napelem-karakterisztikát a feszültségtengelyen I R s értékkel balra tolja. A napelem p-n átmenete így nem tudja elérni a rövidzárási állapotot, hiszen a p-n átmenettel mindig I R s értékkel magasabb feszültség lesz, mint a napelem kapcsaira kapcsolt feszültség, ezért valamekkora áram elfolyik rajta. A napelem így V előfeszítés esetén a fotoáramnál kisebb rövidzárási áramot képes csak leadni (kék görbék y-tengellyel való metszését a 3. ábra). Ha a napelem kapcsaira adott feszültséget tovább csökkentjük a negatív tartományba, akkor a soros ellenálláson átfolyó áram miatt megmarad ugyan a potenciálkülönbség a p-n átmenet pozitív pólusa és a napelem pozitív kapcsa között, de a feszültséget I ph R s érték alá csökkentve a p-n átmeneten már záró irányú előfeszítés érvényesül, így a teljes fotoáram az R s ellenálláson kell, hogy folyjon. Ez azt jelenti, hogy a teljes fotoáram megjelenik a napelem kimenetén (a kék görbék -,6 és -,8 V közötti szakasza a 3. ábra). -5-1 Áram [ma] -15-2 -25-3 Rs= 5 Ohm Rs= 1 Ohm Rs= 15 Ohm Rs= 2 Ohm Rs= 5 Ohm Rsh= 2 Ohm -35-4 -.8 -.6 -.4 -.2.2.4 Feszültség [V] 3. ábra: Soros és párhuzamos ellenállások hatása egy napelem karakterisztikájára Amennyiben a napelem párhuzamos ellenállása elhanyagolható, a napelem-karakterisztika I ph R s feszültségértéknél felveszi az I ph értéket, majd a záróirányú feszültséget tovább növelve az áram állandó I ph értéken marad. Ez 7
esetben a görbeillesztés helyett alkalmazható olyan eljárás is, amelynél elegendően nagy negatív előfeszítés mellett mérjük a napelem áramát, vagy a napelem kapcsaira adott záróirányú feszültséget addig növeljük, amíg a napelem leadott árama már nem változik az elfogadhatónak tartott hibahatáron túl. Abban az esetben azonban, amikor a párhuzamos ellenállás nem elhanyagolható, az R sh párhuzamos ellenálláson a negatív előfeszítés esetén is áram fog folyni, így napelem árama a következő szerint alakul: U R sh I = + I R sh + R ph s R sh + R s Látható, hogy az áram ez esetben I ph R s -nél kisebb feszültség esetén sem áll be állandó értékre (vörös görbe a 3. ábra), hanem továbbra is függ a feszültségtől, így nem elhanyagolható párhuzamos ellenállás esetén csak görbeillesztésből határozható meg a fotoáram kellő pontossággal. 3.3 III. tézis Hőmérsékletfüggő paraméterek vizsgálata Kimutattam, hogy a fotoaktív réteg vastagsága befolyásolja a vizsgált egykristályos és mikrokristályos napelemek rövidzárási áramának, fotoáramának és spektrális válaszának hőmérsékletfüggését, és elméleti magyarázatot adtam a megfigyelt jelenségekre. [J1, J2, C1, C2, C4] III.1 altézis Kimutattam, hogy a saját készítésű egykristályos minták fotoaktív rétegének vastagsága befolyásolja a minták fotoáramának, rövidzárási áramának és spektrális válaszának hőmérsékletfüggését. A fotoaktív réteg vastagságának csökkenésével mind a fotoáram mind a rövidzárási áram hőmérsékletfüggése növekszik. A fotoaktív réteg vastagságának csökkenésével a 65 nm feletti hullámhossztartományban növekszik a vizsgált minták spektrális válaszának hőmérsékletfüggése. A hőmérsékletfüggés növekedése a szilícium abszorpciós tényezőjének hőmérsékletfüggésével magyarázható. A fotoaktív rétegek vastagságának csökkenésével a napelemek főként nagyobb hullámhosszakon nem képesek az összes beérkező fényt elnyelni. A hőmérséklet növekedésével növekszik a szilícium abszorpciós tényezője, így a részlegesen elnyelt hullámhosszak esetén nagyobb hányadot nyel el a napelem. A fotoaktív réteg vastagodásával egyre kevesebb a részlegesen elnyelt fény, így a hőmérséklet növekedésből eredő többlet fotogeneráció és a fotoáram csökken. A nagy hullámhosszak esetében alacsonyabb abszorpciós tényező miatt a hőmérsékletfüggés a hullámhossz növekedésével erősödik. 8
1. táblázat: Egykristályos minták fotoáramainak átlagos normalizált hőmérsékleti együtthatója Fotoáram normalizált hőmérsékleti együtthatójának átlagértéke [%/ C] Minta fotoaktív rétegének vastagsága Fényintenzitás 1 µm 17 µm 24 µm 31 µm 2 W/m 2,28,27,25,23 398 W/m 2,27,27,25,24 589 W/m 2,27,26,25,24 792 W/m 2,27,26,24,24 976 W/m 2,27,26,24,23 1118 W/m 2,26,25,23,22 1268 W/m 2,26,25,23,22.7.6 Spektrális válasz [A/W].5.4.3.2.1 85 C 7 C 55 C 4 C 25 C 1 C 4 5 6 7 8 9 1 Hullámhossz [nm] 4. ábra: 24 µm-es saját készítésű cella spektrális válasza különböző hőmérsékleteken. Jól látható a hőmérsékletfüggés növekedése a hullámhosszal 9
2. táblázat: Egykristályos minták spektrális válaszának átlagos normalizált hőmérsékleti együtthatói Spektrális válasz normalizált hőmérsékleti együtthatójának átlagértéke [%/ C] Hullámhossz Minta fotoaktív rétegének vastagsága 1 µm 17 µm 24 µm 31 µm 443 nm -,5 -,6 -,3 -,1 54 nm -,6 -,7 -,5 -,3 531 nm -,4 -,5 -,4 -,3 638 nm,6,5,4,3 668 nm,1,7,5,5 742 nm,24,2,17,16 862 nm,54,51,49,47 969 nm,82,86,87,86 III.2 altézis Kimutattam, hogy a vizsgált mikrokristályos minták fotoaktív rétegének vastagsága befolyásolja a minták fotoáramának és spektrális válaszának hőmérsékletfüggését. A 8 nm feletti tartományban a spektrális válasz hőmérsékletfüggése csökken a fotoaktív réteg vastagságának növekedésével, a 8 nm alatti tartományban nem figyelhető meg számottevő hőmérsékletfüggés. Széles spektrumú, 4 és 11 nm közötti megvilágítás esetén a fotoáram hőmérsékletfüggése növekszik a fotoaktív réteg vastagságának növekedésével. Ez azzal magyarázható, hogy vastagság növekedésével a napelem abszorber rétegében egyre nagyobbak a rekombinációs veszteségek, amelyek a rövid hullámhosszú spektrális komponensek által létrehozott áramot is csökkentik, így a fotoáramhoz egyre kisebb arányban járulnak hozza a rövid hullámhosszú fény által gerjesztett, alacsony hőmérsékletfüggésű áramkomponensek, míg a nagy hullámhosszú fény által generált, magas hőmérsékletfüggésű összetevők aránya megnövekszik. 3. táblázat: A mikrokristályos minták fotoáramának átlagos normalizált hőmérsékleti együtthatói Normalizált hőmérsékleti együttható átlagértéke (%/ C) Teljes vizsgált tartományon bekövetkezett változás (%) 1 Minta fotoaktív rétegének vastagsága 2 µm 3 µm 5 µm 6 µm,83,76,89,99 6,33 5,78 6,84 7,56
.5 5 µm Spektrális válasz [A/W].4.3.2.1 1 C 25 C 4 C 55 C 7 C 85 C 4 5 6 7 8 9 1 Hullámhossz [nm] 5. ábra: 5 µm-es mikrokristályos cella spektrális válasza. Jól látható a hőmérsékletfüggés növekedése a hullámhosszal 4. táblázat: A mikrokristályos minták spektrális válaszának átlagos normalizált hőmérsékleti együtthatói Spektrális válasz normalizált hőmérsékleti együtthatójának átlagértéke [%/ C] Hullámhossz Minta fotoaktív rétegének vastagsága 2 µm 3 µm 4 µm 5 µm 6 µm 443 nm,1,1,4,4,3 54 nm,1,,3,3,1 531 nm,1,,7,3,1 638 nm,2,1,7,2,1 668 nm,3,2,3,2,1 742 nm,5,5,5,5,4 862 nm,15,13,9,1,11 969 nm,34,28,26,23,23 A mikrokristályos minták spektrális válasza csak 8 nm felett mutat számottevő hőmérsékletfüggést. Az egykristályos mintákkal összehasonlítva a mikrokristályos minták lényegesebben alacsony hőmérsékletfüggést mutattak. Mindkét jelenség a mikrokristályos szilícium magasabb abszorpciós tényezőjével magyarázható. 11
3.4 IV. tézis Funkcionális modell felállítása Felállítottam egy félempirikus, explicit matematikai kifejezéssel leírható, a napelem egydiódás modelljére épülő funkcionális napelemmodellt, amely az eszköz hőmérséklet- és fényintenzitás-függését az egydiódás modell öt paraméterének hőmérséklet- és fényintenzitás-függésén keresztül veszi figyelembe. A modell így moduláris felépítésű, az egyes paraméterek részmodelljei tetszőlegesen állíthatók fel. A modell bármely, a napelemek egydiódás modelljével leírható eszközre alkalmazható, felállításához kizárólag hőmérséklet- és fényintenzitás-függő áram-feszültség karakterisztikák szükségesek, az eszköz felépítésének és anyagi paramétereinek ismerete nem szükséges. [C5] Az általam felállított modell a következő matematikai formában adható meg: I = R sh(i ph + I ) nu T W( R si R sh + R s R s nu T R sh R sh + R s e I = f 1 (T, G) I ph = f 2 (T, G) n = f 3 (T, G) R s = f 4 (T, G) R sh = f 5 (T, G) 12 R sh (U+R sh (I ph +I )) nu T (R sh +R s ) U ) R sh + R s Ahol T a hőmérséklet, G pedig a fényintenzitás. A modell az egydiódás modell paramétereinek hőmérséklet- és fényintenzitás-függésén keresztül írja le az eszköz hőmérséklet- és fényintenzitás-függő működését. Az egydiódás modell egyes paramétereire részmodelleket állítottam fel. A fotoáram esetében lineáris fényintenzitás-függést feltételezve, a fényintenzitás-függés együtthatóinak hőmérsékletfüggését többedrendű polinomokkal közelítve a következő összefüggéssel írható le a fotoáram: n I ph = ( a n T n ) G + b n A telítési áram esetében egy exponenciális hőmérsékletfüggésből kiindulva és a hőmérsékleti együtthatók fényintenzitás-függését többedrendű polinomokkal közelítve a következő részmodell állítható fel: n I = ( a n G n n T n ) e n b ng n T + c n n G n
Az idealitási tényező részmodellje a telítési áram esetéhez hasonlóan exponenciális hőmérsékletfüggést feltételezve, és hőmérsékleti együtthatók fényintenzitás-függését többedrendű polinomokkal közelítve állítható fel. Azonban a telítési áram esetével ellentétben az idealitási tényező részmodelljében negatív exponenciális kitevő szükséges: n n = ( a n G n ) e n b ng n T + c n A soros ellenállás lineáris hőmérsékletfüggést mutat, így a soros ellenállás részmodellje a lineáris hőmérsékleti együtthatók fényintenzitás-függésének többedrendű polinomos közelítésével állítható fel: n R s = ( a n G n ) T + b n A párhuzamos ellenállás esetében szintén lineáris hőmérsékletfüggésből lehet kiindulni. A fényintenzitás-függés azonban többedrendű polinom helyett egy negatív kitevőjű exponenciális összefüggéssel közelíthető: n n G n G n R sh = ( a 1 e a 2 G + a 3 )T + (b 1 e b 2 G + b 3 ) A felállított modell jó illeszkedést mutat a mérési eredményekre (6. ábra) a vizsgált hőmérséklet- és fényintenzitás-tartományban a hibája nem haladja meg az 5 %-ot. -5-1 75 C 5 C 25 C Áram [ma] -15-2 -25-3 -35-4 mért adat illesztés.5.1.15.2.25.3.35.4.45 Feszültség [V] 6. ábra: A 24 µm vastag egykristályos szilícium cella modelljének és mért adatainak összehasonlítása különböző hőmérsékleteken, 1 W/m 2 fényintenzitás mellett 13
A modell az eszköz teljes áram-feszültség karakterisztikáját modellezi a hőmérséklet és a fényintenzitás függvényében, így teljes körű leírást nyújt az eszköz viselkedéséről, szemben a jelenlegi gyakorlattal, ahol a napelemek egyes jellemzőinek üzemi viszonyoktól való függését külön-külön modellezik. 4 Az eredme nyek hasznosíta sa e s kitekinte s Hőmérsékletfüggés mint tervezhető paraméter Disszertációm megírásával az volt az egyik célom, hogy egy olyan mű szülessen, amely a napelemek szerkezeti vagy technológia megvalósításának a hőmérsékletfüggésre gyakorolt hatását tárgyalja. Reményeim szerint a kutatási téma folytatásában a hőmérsékletfüggésre gyakorolt hatások vizsgálatát egyéb technológia paraméterekre is kiterjesztve sikerül megalapozni egy a jelenlegi gyakorlaton túlmutató olyan szemléletet, amely a napelemek tervezése és optimalizálása során a hőmérsékletfüggést is figyelembe veszi, és tervezhető paraméternek tekinti. Spektrális válasz mérése nagy soros ellenállású mintákon A második tézisben bemutatott mérési eljárás elméletileg univerzálisan alkalmazható bármely típusú, nagy soros ellenállású napelemen, feltéve hogy az eszköz leírható a napelem egydiódás modelljével. Amennyiben különböző technológiákkal készült napelemek esetében és nagyobb mintaszámon sikerül igazolni a módszer univerzalitását, a mérési módszer alternatívát és könnyítést jelenthet a napelemek spektrális válaszának jelenlegi szabványos méréstechnikájához képest, valamint egyszerűsítheti a kapott eredmények kiértékelését. Funkcionális modell Az általam kifejlesztett funkcionális napelemmodell szerves részét képezi a 1794 azonosítójú, Újszerű, elektrotermikus és radiometriai multidomén mérési eljárások és modellek napelemek minősítésére című OTKA projekt keretén belül kifejlesztett kombinált elektrotermikus modellnek, és fontos alapköve a 215 őszén beadott, 118187 azonosítójú, Napelemek elektromos és termikus viselkedésének multidomén optimalizálása című, nemzetközi OTKA pályázatnak. A modell egy valamelyest módosított változata pedig hasznosult a GOP-1.1.1-11-212-289 azonosítójú, Energia termelési előrejelzési szolgáltatás kialakítása elosztott szerkezetű megújuló energiatermelési infrastruktúrára című projektben alkalmazott energiatermelés-előrejelző modellben. 14
Jelo le sek jegyze sek T G I ph I I SC n R s R sh U T a, b, c hőmérséklet fényintenzitás fotoáram telítési áram rövidzárási áram idealitási tényező soros ellenállás párhuzamos ellenállás termikus feszültség görbeillesztési paraméterek 15
Tézisekhez kapcsolódó folyóiratcikkek [J1] B. Plesz és G. Hantos, Thermal behavior of crystalline thin film silicon solar cells, INTERNATIONAL JOURNAL OF RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY, 2. kötet, 3. szám, pp. 115-119, 213. [J2] B. Plesz, E. Bándy és Á. Földváry, Low cost solar irradiation sensor and its thermal behaviour, MICROELECTRONICS JOURNAL, 42. kötet, 5. szám, pp. 594-6, 211. Tézisekhez kapcsolódó konferenciacikkek [C1] B. Plesz, Thermal Behavior of Crystalline Thin Film Silicon Solar Cells, in Proceedings of the 17th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems (THERMINIC'11), Párizs, Franciaország, 211. [C2] B. Plesz és Á. Földváry, Thermal Behavior of c-si Solar Cells with thin photoactive layers, in Proceedings of the 6th International Workshop on Teaching in Photovoltaics (212), Prága, Csehország, 212. [C3] B. Plesz, E. Bándy, Á. Földváry, V. Timárné-Horváth és J. Mizsei, Thermal Behaviour of Thin Photoactive Layer Crystalline Solar Cells, in Collection of Papers Presented at the Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP'1), Sevilla, Spanyolország, 21. [C4] B. Plesz és S. Ress, Investigation of the thermal behaviour of thin crystalline silicon solar cells, in Proceedings of the 19th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems: THERMINIC 213, Berlin, Németország, 213. [C5] B. Plesz, Z. Kohári, P. G. Szabó, A. Timár és G. Bognár, Novel Semi-Empirical Combined Electro-Thermal Model for Solar Modules, in 31st European PV Solar Energy Conference and Exhibition: EU PVSEC 215 Proceedings Papers, Hamburg, Németország, 215. [C6] E. Bándy, Á. Földváry és B. Plesz, Thermal Issues of Solar Irradiation Sensor, in Proceedings of the 15th International Worshop on THERMal INvestigations of ICs and Systems (THERMINIC'9), Leuven, Belgium, 29. A tézisekhez szorosan nem kapcsolódó publikációk [S1] [S2] E. Bándy, Z. Pálfy és B. Plesz, Spectral response measurement with modern LED light sources, in Proceedings of the 5th International Workshop on Teaching in Photovoltaics (IWTPV'1), Prága, Csehország, 21. G. Bognár, B. Plesz, P. G. Szabó és G. Hantos, Integrated microcooler structure realized by wet chemical etching, in Proceedings of the 18th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems (THERMINIC'12), Budapest, Magyarország, 212. 16
[S3] [S4] [S5] [S6] [S7] [S8] [S9] C. Berényi, G. Hantos és B. Plesz, Design of a compact modular multifunctional solar cell measurement system, in Proceedings of the 6th International Workshop on Teaching in Photovoltaics (212), Prága, Csehország, 212. C. Berényi, Á. Földváry és B. Plesz, Designing of a novel LED based sun simulator unit for fast in-line testing os solar cells, in Proceedings of the 5th International Workshop on Teaching in Photovoltaics (IWTPV'1), Prága, Csehország, 21. Á. Földváry, B. Plesz és V. Timárné-Horváth, Construction of a PV cell tester, in Proceedings of the 4th International Workshop on Teaching Photovoltaics (IWTPV'8), Prága, Csehország, 28. J. Mizsei, M. C. Bein, J. Lappalainen, L. Juhász és B. Plesz, The phonsistor - a novel VO2 based nanoscale thermal-electronic device and its application in thermal-electronic logic circuits (TELC), in 1st International Conference Functional Integrated nano Systems Conference Documentation, Graz, Ausztria, 214. J. Mizsei, M. C. Bein, J. Lappalainen, L. Juhász és B. Plesz, The Phonsistor A Novel VO2 Based Nanoscale Thermal-electronic Device and Its Application in Thermal-electronic Logic Circuits (TELC), MATERIALS TODAY: PROCEEDINGS, 2. kötet, 8. szám, pp. 4272-4279, 215. B. Plesz, P. Sági és V. Timárné-Horváth, A Heliotrex napelemforgató rendszer tervezése és építése, in Via Futuri 28, Pécs, Magyarország, 28. B. Plesz, G. Horváth és A. Vass-Várnai, Characterization of solar cells by thermal transient testing, in Proceedings of the 17th International Workshop on THERMal INvestigation of ICs and Systems (THERMINIC'11), Párizs, Franciaország, 211. [S1] B. Plesz, S. Pánczél, V. Timárné-Horváth és J. Mizsei, Comparison of c-si and Flexible a-si Modules, in Proceedings of the 3rd International Workshop of Teaching Photovoltaics (IWTPV'6), Prága, Csehország, 26. [S11] B. Plesz, P. Sági és V. Timárné-Horváth, Enhancement of solar panels's power generation by the usage of solar tracking, PROCEEDINGS OF ECOPOLE, 3. kötet, 1. szám, pp. 15-22, 29. [S12] B. Plesz, Napenergia villamos hasznosításának lehetőségei és problémái, in A fenntartható fejlődés és a megújuló természeti erőforrások környezetvédelmi összefüggései a Kárpátmedencében, Pécs, Magyarország, 28. [S13] B. Plesz, L. Juhász és J. Mizsei, Optical and surface passivation properties of porous alumina used as antireflective coating for solar cells, in VII International Workshop on Semiconductor Surface Passivation (SSP 211), Krakó, Lengyelország, 211. [S14] B. Plesz, P. G. Szabó, D. Dudola, G. Hantos és S. Ress, Possibilities and Challenges of Thermal Transient Testing as a Characterization Method for Photovoltaic Devices, in 31st European PV Solar Energy Conference and Exhibition: EU PVSEC 215 Proceedings Papers, Hamburg, Németország, 215. [S15] B. Plesz és A. Vass-Várnai, Characterization of solar cells by thermal transient testing, Microelectronics Journal, 46. kötet, 12. szám, pp. 171 1715, 214. [S16] B. Plesz, L. Juhász és J. Mizsei, Feasibility study of a CMOS-compatible integrated solar photovoltaic cell array, in Design Test Integration and Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP), Seville, 21. [S17] B. Plesz, S. Ress, P. G. Szabó, G. Hantos és D. Dudola, Issues of thermal transient testing on photovoltaic modules, in 2th International Workshop on Thermal Investigations of ICs and Systems (THERMINIC), London, 214. 17
[S18] P. Sági, B. Plesz és V. Timárné-Horváth, Building the Heliotrex Solar Tracking System, in Proceedings of the 4th International Workshop on Teaching Photovoltaics (IWTPV'8), Prága, Csehország, 28. [S19] P. Sági, B. Plesz, L. Juhász és V. Timárné-Horváth, Design of the Heliotrex Sun-Tracking System, in IYCE 27. International Youth Conference on Energetics, Budapest, Magyarország, 27. [S2] V. Timárné-Horváth, B. Plesz, L. Juhász és J. Mizsei, Education of Microelectronics Technology at the Department of Electron Devices of Budapest University of Technology and Economics, in Proceedings of The 7th European Workshop on Microelectronics Education (EWME'8), Budapest, Magyarország, 28. [S21] G. Takács, P. G. Szabó, B. Plesz és G. Bognár, Improved thermal characterization method of integrated microscale heat sinks, Microelectronics Journal, 45. kötet, 12. szám, pp. 174-1745, 214. [S22] Á. Vadász, B. Plesz és V. Timárné-Horváth, c-si napelemcellák hatásfokjavítása optimális antireflexiós réteg alkalmazásával, ELEKTRONET, 18 kötet, 5. szám, pp. 13-14, 29. [S23] A. Vass-Várnai, B. Plesz, Z. Sárkány, A. Malek és M. Rencz, Application of Thermal Transient Testing for Solar Cell Characterization, in Proceedings of the 28th IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium (SEMI-THERM'12), San Jose, Amerikai Egyesült Államok, 212. [S24] L. Kisgyörgy és B. Plesz, Thermal Energy of Asphalt Pavements, MAGYAR ÉPÍTŐIPAR, 64. kötet, 1. szám, pp. 3-7, 214. [S25] V. Timárné-Horváth, B. Plesz és J. Mizsei, Teaching of renewable energy sources and solar cells at the Department of Electron Devices of the Budapest University of Technology and Economics, in Proceedings of the 4th International Workshop on Teaching Photovoltaics (IWTPV'8), Prága, Csehország, 28. 18