Solceller, spektre og SEM
Hvordan omdanner man lys til elektricitet i solceller? Energi fra solen vælter ned over jorden, seks tusinde gange så meget som vi bruger i vores forsyning. Vi er bare ikke så gode til at høste den som elektricitet. De celler, der sælges på markedet, ligger kun på 10-15 procent effektivitet, mens forskerne har lavet celler med effektiviteter over 40 procent, og det kan blive endnu bedre. Hvordan? I skanningelektronmikroskop får du lejllighed til at undersøge tværsnittet af en tyndfilmcelles ”lagkagestruktur” og bestemme grundstofindhold.
Hvad går øvelsen ud på?
Formålet er at få indsigt i solcellers funktion og opbygning.
Du lærer om elektron-hul-pardannelse inde i solcellen, om betydningen af lysets frekvens for den optimale effektivitet. Og hvordan man vil kunne forbedre den ved ændringer af cellens opbygning.
Hvordan foregår øvelsen?
Vi skal måle solcellers effektivitet, undersøge lysets energi og lære om farve-temperatur. Vi undersøger en tyndfilmcelle med et skanningelektronmikroskop med grundstofbestemmelse.
Du kommer til at arbejde med forskellige typer solceller, måle strøm og spænding, bestemme lysintensitet med pyranometer, farvetemperatur med spektrofotometer, tyndfilmcelleopbygning undersøgt i elektronmikroskop.
Hvilke faciliteter kommer du til at bruge?
Du kommer til at arbejde i vores undervisningslaboratorium for ingeniørstuderende, Nanoteket.
Du får en rundvisning i et forskningslaboratorium hvor de forsker i bæredygtige energiteknologier og brændstoffer. Du laver billeder af tyndfilmceller med et elektronmikroskop
Tilmeldingen til SRP-øvelser åbner
Vinkel 1:
Solcellens karakteristik opmåles og bruges til bestemmelse af effektiviteten. Effektiviteten afhænger af spektret for den benyttede lyskilde.
Ved modellering af lyskildens spektrum med en Planckkurve kan effektiviteten forudsiges for anvendelse i sollys, som typisk har en anden farvetemperatur end lyskilden i laboratoriet.
Matematikken kan bidrage med en stringent definition af uendelige integraler, og eventuelt kan man udlede Wiens forskydningslov. Udledningen kræver iterativ løsning af en transcendent ligning.
Vinkel 2:
Solcellens karakteristik opmåles og bruges til bestemmelse af effektiviteten.
Karakteristikkens kurveform kan modelleres ved en parallelforskudt eksponentialfunktion.
Eventuelt kan inddrages seriemodstand i cellens indre og parallel krybemodstand fra cellens overflade i modellen.
Matematikken kan bidrage med diskussion af den matematiske modellerings forklaringsgrad.
Kl 10.00: Velkomst
Kl 10.15: Eksperimenter påbegyndes
Kl 11.30: Foredrag, Solcellers anvendelse
Kl 12-13: Frokostpause (selvbetalt)
Kl 13.00: Solcellens indre og metoder til forbedring
Kl 13.30: Besøg i forskningslaboratorium
Kl 14.00: Eksperimenter fortsat
Kl 16.45: Opsamling
Kl 17.00: Farvel og tak for i dag
Kl 10.15: Eksperimenter påbegyndes
Kl 11.30: Foredrag, Solcellers anvendelse
Kl 12-13: Frokostpause (selvbetalt)
Kl 13.00: Solcellens indre og metoder til forbedring
Kl 13.30: Besøg i forskningslaboratorium
Kl 14.00: Eksperimenter fortsat
Kl 16.45: Opsamling
Kl 17.00: Farvel og tak for i dag
- Målinger på solcellens karakteristik til bestemmelse af fyldfaktor og effektivitet.
- Målinger af lampens farvetemperatur til omregning af effektivitet svarende til sollys.
- Elektronmikroskopbilleder af polymersolcelle til illustration af lagdeling og bestemmelse af grundstoffer.
Forslag til litteratur, du kan bruge i din opgave og som baggrund for øvelsen:
- Nanotekets øvelsesvejledning: Solceller og Spektre
- Eksperiment 2 ved den Internationale Fysikolympiade 2013: Solar cells
NB: Når du har tilmeldt dig, vil du få besked, hvis der er litteratur, du skal læse som forberedelse til øvelsen.
Relevante gymnasiefag
- Fysik: Der opmåles belastningskarakteristik med dataopsamling i LabView. Der måles lysspektre med spektrofotometer. Der tages billeder af tyndfilmcelle i elektronmikroskop med grundstofbestemmelse.
- Matematik: Plancks strålingslov bruges ved hjælp af integral- og differentialregning til at omsætte den med lampe målte effektivitet til anvendelse i solspektret.
- Teknologi: Forskellige teknikker til forbedring af solcellers effektivitet belyses.
Faglige nøgleord
- Energi og energiomsætning
- Effekt og nyttevirkning
- Det elektromagnetiske spektrum
- Fotoners energi
- Atomar opbygning af halvlederkrystaller
