Tentamen Zonnecellen (3Y280)

Tentamen Zonnecellen (3Y280)
Datum :
17 maart 2004
Tijd:
14.00 – 17.00 uur
N.B. Aangezien de vraagstukken van dit tentamen door verschillende docenten
worden beoordeeld, dient u de vraagstukken 1, 2 en 3 op een afzonderlijk vel te
zetten onder vermelding van:
1. het vraagstuknummer
2. uw naam en voorletters
3. uw identiteitsnummer
4. uw faculteit
De uitslag zal worden bekend gemaakt op het bord tegenover kamer A.179 in het
gebouw n-laag binnen 10 dagen.
N.B. Since the questions of this exam will be corrected by different examiners, it is
required that you write the answers on separate pages. Please indicate on each
separate page:
1. the excercise number
2. your name and initials
3. your identity number
4. your faculty
The results fo this exam will be displayed opposite of room A1.79 in building n-laag
within 10 days.
Vraagstuk 1 Algemene inleiding en kristallijn silicium zonnecellen
a) Verklaar het begrip levensduur van de minderheden in een halfgeleider. Waarom
spelen de levensduren van de minderheden in een kristallijn silicium zonnecel
zo’n belangrijke rol? Waardoor wordt de grootte van deze levensduur bepaald? (2
pnt)
b) Geef een nauwkeurige definitie van het rendement van een zonnecel. Waarom
wordt dit rendement vaak bij Standaard Test Condities gedefinieerd? Hoe bepaalt
men het rendement van een zonnecel in de praktijk? (2 pnt)
c) Welke concepten zijn er om het rendement van zonnecellen wezenlijk te
verhogen? (2 ptn)
d) Geef een volledig overzicht van de verschillende typen zonnecellen met daarbij
-het ontwikkelingsstadium
-het rendement op productieschaal en/of laboratoriumschaal
-de specifieke voor- en nadelen
-het specifieke toepassingsgebied voor zover dat bestaat
(4 pnt)
e) Wat zijn de overeenkomsten en verschillen tussen éénkristallijn en multikristallijn
silicium zonnecellen? (2 pnt)
Question 1 General introduction and crystalline solar cells
a) Explain what minority carrier lifetime in a semiconductor is. Explain why
minority carrier lifetimes play such an important role in crystalline silicon solar
cells. What determines the magnitude of the minority carrier lifetime? ( 2 pnt)
b) Give an accurate definition of the efficiency of a solar cell. Why is this efficiency
often defined at Standard Test Conditions? How is the efficiency being
determined in practice? ( 2 pnt)
c) What concepts do exist to enhance the efficiency of solar cells significantly? (2
pnt)
d) Give a complete overview of the various types of solar cells including
-the state of development
-the efficiency at production scale and/or laboratory scale
-the specific advantages and disadvantages
-specific application area if exists.
(4 pnt)
e) What are the correspondences and differences between single and
multicrystallline silicon solar cells. (2 points)
Vraagstuk 2 Organische zonnecellen
a.
Welk primair fotofysisch proces vindt er plaats tussen het donor- en acceptormateriaal als er licht op een polymere zonnecel valt? Waarin verschilt dit van de
fotofysische activiteit van de afzonderlijke materialen? (2 pnt)
b.
In een bulk-heterojunctie zonnecel is de fasenscheiding van de twee materialen van
belang. Waarom? Ga bij je antwoord in op het belang van de fasenscheiding voor
het genereren en het transport van ladingen. (2 pnt)
c.
Hieronder is een transmissie elektronen microscopie (TEM) opname afgebeeld van
een bulk-heterojunctie zonnecel. Benoem de materialen die gebruikt kunnen
worden voor de lagen 1 t/m 5 en verklaar de rol van elke laag. (2 pnt)
1
2
3
4
5
Question 2 Organic solar cells
a.
Which primary photophysical process occurs between the donor and acceptormaterial when light impinges on a polymer solar cell? How does this differ from
the photophysical activity of the individual materials (2 pnt).
b.
In a bulk-heterojunction solar cell the phase separation of the two materials is
important. Why? In your answer you should address the importance of phase
separation for generating and transporting charges (2 pnt).
c.
Below a transmission electron microscopy (TEM) image is shown of a bulkheterojunction solar cell. Name the materials that can be used for the layers 1 to 5
and explain the role of each layer (2 pnt).
1
2
3
4
5
Vraagstuk 3 amorf silicium (a-Si:H) zonnecellen
a)
Amorf silicium kan ook gedoteerd worden met behulp van fosfor en boor. Dit is op
zich opmerkelijk, leg uit waarom. (1 pnt)
b)
Amorf silicium wordt doorgaans vervaardigd door middel van een plasma. Leg uit
wat de voordelen en de nadelen zijn. Noem op zijn minst een drietal voordelen en
een tweetal nadelen. (2pnt)
c)
Een belangrijke recente technologische ontwikkeling in a-Si:H zonnecellen zijn
tandem of zelfs triple cellen. Leg uit wat dit concept inhoudt. Wat zijn de voordelen
m.b.t. het te verwachten energie-rendement en de stabiliteit/degradatie
eigenschappen van dit nieuwe type zonnecel. Motiveer uw antwoord. (3pnt)
Question 3 amorphous silicon (a-Si:H) solar cells
a)
Amorphous silicon can be doped with phosphor and borium. Explain why this was
unexpected. (1 pnt)
b)
Amorf silicon is deposited using a plasma. Give at least three advantages and two
disadvantages. (2 pnt)
c)
An important recent development in a-Si:H solar cell technology is the introduction
of tandem and triple solar cells. Explain this concept. What are the advantages for
the energy-efficiency and stability/degradation of this new type of solar cells?
Motivate your answer. (3 points)
Totaal/Total 24 pnt