Projekti / Programi
Napredno modeliranje in karakterizacija visokoučinkovitih sončnih celic in fotonapetostnih modulov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.03.03 |
Tehnika |
Energetika |
Obnovljivi viri in tehnologije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T140 |
Tehnološke vede |
Energijske raziskave |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
optično modeliranje, pristop sklopljenega modeliranja, sončna celica, fotonapetostni modul
Raziskovalci (9)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
39225 |
dr. Jošt Balent |
Energetika |
Mladi raziskovalec |
2019 - 2021 |
12 |
| 2. |
25413 |
dr. Andrej Čampa |
Energetika |
Raziskovalec |
2019 |
100 |
| 3. |
36460 |
dr. Marko Jošt |
Energetika |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
98 |
| 4. |
51905 |
Miha Kikelj |
Energetika |
Mladi raziskovalec |
2019 - 2022 |
17 |
| 5. |
36459 |
dr. Milan Kovačič |
Energetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
44 |
| 6. |
19221 |
dr. Janez Krč |
Energetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
410 |
| 7. |
29549 |
dr. Benjamin Lipovšek |
Energetika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
187 |
| 8. |
03334 |
dr. Franc Smole |
Energetika |
Upokojeni raziskovalec |
2019 - 2022 |
372 |
| 9. |
12609 |
dr. Marko Topič |
Energetika |
Vodja |
2019 - 2022 |
1.082 |
Organizacije (1)
Povzetek
Temeljni raziskovalni projekt » Napredno modeliranje in karakterizacija visokoučinkovitih sončnih celic in fotonapetostnih modulov« se osredotoča na raziskave naprednih konceptov modeliranja enospojnih in večspojnih sončnih celic in fotonapetostnih modulov za učinkovito pretvorbo sončne energije v električno. V okviru predlaganega projekta sinergijsko nadgrajujemo znanje in izkušnje slovenske raziskovalne skupine Laboratorija za fotovoltaiko in optoelektroniko (UL FE, 1538-030) z odličnim tujim partnerjem (HZB), s katerim želimo nadaljevati uspešno sodelovanje.
Napredni koncepti modeliranja bodo uporabni za več fotovoltaičnih tehnologij, v okviru projekta pa jih bomo uporabili za izboljšave tandemskih perovskitno-silicijevih sončnih celic in PV modulov z naslednjimi cilji:
izvedba učinkovite sklopitve naslednjih metod/modelov za celovito optično simulacijo visoko učinkovitih sončnih celic in PV modulov v tako imenovani sklopljeni pristop modeliranja (CMA): metoda rigorozne sklopljene analize valovanja (RCWA), Metoda končnih elementov (FEM) povezana s Huygensovim razširjanjem valov, metoda sledenja žarkov (RT), metoda prenosnih matrik (TMM), delno koherentni, delno empirični model in morebitne druge metode po potrebi;
razvoj in uporaba t.i. večnivojskega modeliranja, v katerem bomo povezali razviti optični pristop CMA, z električnimi in toplotni modeli za celovito analizo delovanja PV modulov. Integracija modelov na nivoju od celice do modula bomo validirali z narejenimi vzorci delnih in celotnih struktur;
uporaba razvitih orodij za temeljito analizo izgub in optimizacijo visokoučinkovitih sončnih celic s poudarkom na perovskitno-silicijevih tandemskih celicah;
izvedba testiranja stabilnosti razvitih tandemskih konceptov na ravni celic in PV modulov.
Raziskave bodo vključevale kontinuiran proces načrtovanja, modeliranja, izdelave vzorcev in eksperimentalne analize z validacijo posameznih komponent in implementacijo naprednih konceptov v sončne celice. Predlagane rešitve bodo stremele k izboljšani učinkovitosti pretvorbe in k zmanjševanju stroškov proizvodnje, hkrati pa bodo omogočile nižjo porabo materiala in energije za proizvodnjo sončnih celic.
Pri izvedbi vzorcev, ki jih bomo potrebovali tako za validacijo modelov kot tudi za potrditev izboljšanih konceptov struktur, bomo sodelovali s priznanimi strokovnjaki s Helmholtz Centra v Berlinu. Tesno prepletanje teoretičnega in eksperimentalnega dela je predvideno za vse faze projekta z namenom razvoja zanesljivega in učinkovitega simulacijskega orodja.
Pomen za razvoj znanosti
Naš cilj je razvoj edinstvenega orodja za celovito analizo naprednih optoelektronskih elementov, kot so visokoučinkovite sončne celice, še posebej tandemske sončne celice. Kolikor nam je znano, tak pristop sklopljenega modela, ki omogoča hkrati učinkovito, hitro in verodostojno analizo, vključujoč vse omenjene podstrukture, (nano/mikro/makro in njihove kombinacije), doslej še ni bil razvit. Pričakujemo, da bodo rezultati našega dela predstavljali visoko dodano vrednost na področju modeliranja fotovoltaičnih in optoelektronskih gradnikov. Iniciative za bazične raziskave in implementacijo modelov ne izvirajo samo iz akademske sfere temveč so bile izpostavljene tudi s strani domače in tuje industrije (npr. podjetja Total in Enel Green Power v Evropi). Za slovenska podjetja na področju fotonike in fotovoltaike kot sta na primer Bisol in Fotona, so rezultati lahko neposredno uporabljivi (npr. licence simulatorja, koncepti). Nadalje, znanja pridobljena v projektu bomo prenašali na naše magistrske in doktorske študente v okviru predmetov s področja fotovoltaike, optoelektronike in fotonike, ki jih pokrivamo člani projektne skupine.
Širše aktivnosti, ki bodo prispevale k razvoju znanosti in znanstvenega področja, so tudi:
- objava člankov v uglednih mednarodnih znanstvenih revijah,
- objava poglavij v pomembnih znanstvenih monografijah pri uglednih založnikih,
- vabljena predavanja,
- organizacija in sodelovanje na znanstvenih delavnicah in konferencah.
Izboljšave elementov in razvoj novih konceptov z uporabo CMA modeliranja bodo lahko predstavljale tudi predmet patentnih prijav.
Pomen za razvoj Slovenije
Our aim is to develop a unique tool for complete analysis of advanced photovoltaic devices, in particular high-efficiency tandem solar cells. To our knowledge such a model, enabling efficient, fast and accurate analysis of the devices at the same time, including all substructures mentioned (nano/micro/macro, different contacting schemes), has not been
developed yet. We expect that our results will generate impact and a high added value in the fields of modelling in photovoltaics and also in optoelectronics. The research work described in this basic research project has not been initiated just by academia, but is of great interest for further implementation in national and international industry (e.g. Total Corporation – PV division, Enel Green Power – 3Sun division).
Slovenian companies (e.g. BISOL Group (250+ employees, 100 MW production of PV modules in 2017, BIPV) and Fotona (250+ employees, laser systems)) which are involved in photovoltaics and photonics, respectively, can benefit from the results of the project (licenses of simulator, device concept improvements). Furthermore, the acquired knowledge will be transferred to Master and PhD courses and shared with students in the frame of existing courses related to photovoltaics, optoelectronics and photonics (lead by the project leader and members). Further dissemination activities that will contribute to the development of science and scientific fields are:
- publication of scientific articles in renowned international journals,
- publication of chapters in relevant scientific monographs published by renowned international publishers,
- invited talks and lectures,
- contributions to and organization of workshops and conferences.
We will also continously watch for potential patent applications of the new concepts.
Granting this project will enable to bring a new added value to the field of advanced modelling and simulation of photovoltaic devices and facilitate breakthroughs in device designs.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
