| dbo:abstract
|
- Ve fyzice určuje Shockleyův–Queisserův limit teoretickou maximální účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu pro fotovoltaický článek s jedním p-n přechodem. Byl vypočítán v roce 1961 Williamem Shockleyem a Hansem Queisserem ze společnosti Shockley Semiconductor. Jedná se o jeden z nejdůležitějších limitujících faktorů při návrhu fotovoltaických článků. Shockleyův–Queisserův limit závisí na šířce tzv. zakázaného pásu použitého polovodiče a použitém spektru záření (spektrum slunečního záření je jiné v kosmickém prostoru a jiné na zemském povrchu, kde kromě toho závisí na tom, zda je jasno nebo zataženo). K přeměně na elektřinu je plně využita pouze energie fotonů odpovídající šířce zakázaného pásu. Fotony s nižší energií buď článkem projdou nebo jsou v materiálu pohlceny bez užitku, jejich energie se přemění na teplo. U fotonů s vyšší energií je využita pouze část odpovídající šířce zakázaného pásu, přebytek energie se rovněž přemění na teplo. Například pro krystalický křemík se šířkou zakázaného pásu 1,1 eV je Shockleyův–Queisserův limit mírně nad 30%. V praxi to znamená, že pokud dopadá na fotovoltaický článek sluneční záření o intenzitě 1000 W/m², může být na elektrickou energii přeměněno teoreticky kolem 300 W/m². Monokrystalické křemíkové články dosáhly laboratorní účinnosti 25±0,5 % již v roce 1999, v praxi dosáhly nejlepší panely s monokrystalickými křemíkovými články účinnosti 21,4±0,6 %. Rozdíl je způsoben zejména odrazem světla od povrchu panelu (skla), mezerami mezi jednotlivými články v panelu a částečným zakrytím aktivní plochy článků sběrnými elektrodami. Účinnost komerčních panelů nabízených na trhu je obvykle nižší než 20 %, hlavním důvodem je, že vývoj se zaměřuje přednostně na snížení jednotkové ceny (v Kč/Wp). Výše uvedené hodnoty platí za standardních testovacích podmínek, tj. při teplotě článků 25 °C, intenzitě záření 1000 W/m² a spektru AM 1,5 Global. Při nižších teplotách nebo vyšší intenzitě záření je teoretický limit účinnosti vyšší. Shockleyův–Queisserův limit lze překonat použitím většího počtu p-n přechodů, přizpůsobení spektra záření použitému fotovoltaickému článku nebo zvýšením intenzity záření. Například dvouvrstvé články mohou dosáhnout teoreticky účinnosti 42 %, třívrstvé 49 %, limit pro nekonečný počet vrstev je 86 %. Rekordní dvouvrstvé články dosáhly účinnosti 25,8±1,3 %, třívrstvé 32,0±1,5 %. Koncentrátorové články se vyrábějí jednovrstvé i vícevrstvé. Jednovrstvé články z monokrystalického křemíku dosáhly účinnosti 27,6±1,0 % při 92násobné koncentraci záření, třívrstvé články dosáhly 43,5±2,6 %. Mezi technologie, které mění spektrum dopadajícího záření patří například termofotovoltaika. (cs)
- Die Shockley-Queisser-Grenze, auch Shockley-Queisser-Limit, gibt in der Festkörperphysik eine Obergrenze für den Wirkungsgrad, mit dem Solarzellen Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln können, an. William B. Shockley und Hans-Joachim Queisser betrachteten 1961 Absorption und Remission von Photonen, um daraus die Grenze abzuleiten. Das Besondere hierbei ist die rein thermodynamische Betrachtungsweise und der Idealisierung aller beteiligter Körper als Schwarze Strahlungskörper. (de)
- En física, el límite Shockley-Queisser o límite de balance detallado designa a la máxima eficiencia teórica de una célula fotoeléctrica basada en una unión p-n. El cálculo fue desarrollado por William Shockley y en en 1961. Se le considera uno de los fundamentos básicos de la energía solar fotovoltaica y uno de los principales avances en el campo. El límite sitúa la eficiencia máxima en el entorno de 33,7%, asumiendo una única unión p-n con una banda prohibida de 1.34 eV (usando un espectro de 1,5 G). Es decir, de la energía solar incidente (típicamente, 1000 W/m²), solo 33,7% se podría convertir en electricidad (337 W/m²). El material más usado en células fotovoltaicas, el silicio tiene una banda aún más desfavorable, de 1,1 eV, lo que rebaja el máximo para células comerciales al 29%. Tecnologías modernas como el silicio monocristalino han llegado a alcanzar eficiencias del 22%, separadas de este máximo solo por consideraciones prácticas como radiación reflejada en la superficie y sombras debidas a las conexiones de la unión. El límite Shockley-Queisser aplica únicamente a sistemas monocélulas. Tecnologías con múltiples capas pueden sobrepasar dicha barrera. Idealmente, dispositivos con un número infinito de capas pueden alcanzar rendimientos del 86% usando radiación solar concentrada. (es)
- La limite de Shockley-Queisser est l'efficacité théorique maximale d'une cellule photovoltaïque utilisant une seule jonction P-N. Elle a d'abord été calculée par William Shockley et Hans-Joachim Queisser au (en) en 1961. Cette limite, parmi les plus importantes à la production d'énergie solaire, est considérée comme une des contributions scientifiques les plus importantes dans ce domaine. La limite place le maximum autour de 33,7 % en supposant une jonction pn unique avec une bande interdite de 1,34 eV (en utilisant une masse atmosphérique, AM de 1,5). C'est-à-dire que de toute la puissance contenue dans la lumière solaire tombant sur une cellule solaire idéale (environ 1 000 W m−2), seulement 33,7 % pourraient être transformés en électricité (337 W m−2). Le matériau de cellule solaire le plus populaire, le silicium, a une bande interdite moins favorable de 1,1 eV, ce qui donne un rendement maximal d'environ 32 %. Les cellules solaires monocristallines commerciales modernes produisent environ 24 % d'efficacité de conversion, les pertes étant dues en grande partie à des problèmes pratiques tels que la réflexion sur la surface avant et le blocage de la lumière par les fils fins sur sa surface. La limite de Shockley-Queisser ne s'applique qu'aux cellules ayant une seule jonction p-n; les cellules avec plusieurs couches peuvent surpasser cette limite. À l'extrême, avec un nombre infini de couches, la limite correspondante est de 86,8 % en utilisant la lumière solaire concentrée. (Voir ). (fr)
- In physics, the radiative efficiency limit (also known as the detailed balance limit, Shockley–Queisser limit, Shockley Queisser Efficiency Limit or SQ Limit) is the maximum theoretical efficiency of a solar cell using a single p-n junction to collect power from the cell where the only loss mechanism is radiative recombination in the solar cell. It was first calculated by William Shockley and Hans-Joachim Queisser at Shockley Semiconductor in 1961, giving a maximum efficiency of 30% at 1.1 eV. The limit is one of the most fundamental to solar energy production with photovoltaic cells, and is considered to be one of the most important contributions in the field. This first calculation used the 6000K black-body spectrum as an approximation to the solar spectrum. Subsequent calculations have used measured global solar spectra, AM 1.5, and included a back surface mirror which increases the maximum solar conversion efficiency to 33.16% for a single-junction solar cell with a bandgap of 1.34 eV. That is, of all the power contained in sunlight (about 1000 W/m2) falling on an ideal solar cell, only 33.7% of that could ever be turned into electricity (337 W/m2). The most popular solar cell material, silicon, has a less favorable band gap of 1.1 eV, resulting in a maximum efficiency of about 32%. Modern commercial mono-crystalline solar cells produce about 24% conversion efficiency, the losses due largely to practical concerns like reflection off the front of the cell and light blockage from the thin wires on the cell surface. The Shockley–Queisser limit only applies to conventional solar cells with a single p-n junction; solar cells with multiple layers can (and do) outperform this limit, and so can solar thermal and certain other solar energy systems. In the extreme limit, for a multi-junction solar cell with an infinite number of layers, the corresponding limit is 68.7% for normal sunlight, or 86.8% using concentrated sunlight (see solar cell efficiency). (en)
- Em física, o limite Shockley–Queisser ou limite de balanço detalhado designa à máxima eficiência teórica de uma célula fotovoltaica baseada numa união p-n. O cálculo foi desenvolvido por William Shockley e Hans Queisser em Shockley Semiconductor em 1961. Considera-se-lhe um dos fundamentos básicos da energia solar fotovoltaica e um dos principais avanços no campo. O limite situa a eficiência máxima no meio de 33,7%, assumindo uma única união p-n com uma banda proibida de 1.34 eV (usando um espectro de 1,5 AM). Isto é, da energia solar incidente (tipicamente, 1000 W/m²), só 33.7% poder-se-ia converter em electricidade (337 W/m²). O material mais usado em células fotovoltaicas, o silício tem uma banda ainda mais desfavorável, de 1,1 eV, o que rebaxa o máximo para células comerciais aos 32%. Tecnologias modernas como o silício monocristalino têm chegado a atingir eficiências de 24%, separadas deste máximo só por considerações práticas como radiação refletida na superfície e sombras devidas às conexões da união. O limite Shockley–Queisser aplica unicamente a sistemas monocélulas. Tecnologias com múltiplas capas podem ultrapassar dita barreira. Idealmente, dispositivos com um número infinito de capas podem atingir rendimentos de 86% usando radiação solar concentrada. (pt)
- Межа Шоклі-Квайссера — максимальна теоретично можлива ефективність сонячних батерей, що працюють на одному p-n-переході. Вперше була розрахована Шоклі та Квайссером у 1961 році. Для типових сонячних панелей у типових умовах ця межа має значення близько 30 %. (uk)
- 在物理学中，肖克利-奎伊瑟极限（亦称细致平衡极限、精细平衡转换效率极限或SQ极限，或物理学名词辐射效率极限）太阳能电池使用单PN结从电池中收集能量的理论最大效率，其中唯一的损失机制是太阳能电池中的辐射复合。它是由威廉·肖克利和Hans-Joachim Queisser于1961年在肖克利半导体实验室首次计算出来的，结果是1.1 eV时最高效率为30%。此极限是利用光伏电池生产太阳能最基本的原理之一，并被认为是该领域最重要的贡献之一。 最初的计算使用6000K黑体光谱作为太阳光谱的近似值，随后的计算使用了测量的全球太阳光谱AM 1.5，并包括一个背面反射镜，它将带隙为1.34 eV的单结太阳能电池的最大太阳转换效率提高到33.16%，也就是说，所有落在理想太阳能电池上的阳光（约1000 W/2）的能量中，只有33.7%能够转化为电能(337 W/2)。最流行的太阳能电池材料硅的带隙为1.1 eV，效率最高可达32%左右。现代商用单晶太阳能电池的转换效率约为24%，这种损耗很大程度上是由于实际需要，比如电池正面的反射和电池表面细线的光阻塞。 肖克利-奎伊瑟极限仅适用于单PN结的传统太阳能电池，多层太阳能电池可以（而且确实）超越这一极限，太阳能热和某些其他太阳能系统也可以。在极端极限下，对于具有无限层数的多结太阳能电池，正常日照时的极限为68.7%，聚光日照时的极限为86.8%（参见光电转换效率）。 (zh)
|
| rdfs:comment
|
- Die Shockley-Queisser-Grenze, auch Shockley-Queisser-Limit, gibt in der Festkörperphysik eine Obergrenze für den Wirkungsgrad, mit dem Solarzellen Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln können, an. William B. Shockley und Hans-Joachim Queisser betrachteten 1961 Absorption und Remission von Photonen, um daraus die Grenze abzuleiten. Das Besondere hierbei ist die rein thermodynamische Betrachtungsweise und der Idealisierung aller beteiligter Körper als Schwarze Strahlungskörper. (de)
- Межа Шоклі-Квайссера — максимальна теоретично можлива ефективність сонячних батерей, що працюють на одному p-n-переході. Вперше була розрахована Шоклі та Квайссером у 1961 році. Для типових сонячних панелей у типових умовах ця межа має значення близько 30 %. (uk)
- Ve fyzice určuje Shockleyův–Queisserův limit teoretickou maximální účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu pro fotovoltaický článek s jedním p-n přechodem. Byl vypočítán v roce 1961 Williamem Shockleyem a Hansem Queisserem ze společnosti Shockley Semiconductor. Jedná se o jeden z nejdůležitějších limitujících faktorů při návrhu fotovoltaických článků. Výše uvedené hodnoty platí za standardních testovacích podmínek, tj. při teplotě článků 25 °C, intenzitě záření 1000 W/m² a spektru AM 1,5 Global. Při nižších teplotách nebo vyšší intenzitě záření je teoretický limit účinnosti vyšší. (cs)
- En física, el límite Shockley-Queisser o límite de balance detallado designa a la máxima eficiencia teórica de una célula fotoeléctrica basada en una unión p-n. El cálculo fue desarrollado por William Shockley y en en 1961. Se le considera uno de los fundamentos básicos de la energía solar fotovoltaica y uno de los principales avances en el campo. (es)
- In physics, the radiative efficiency limit (also known as the detailed balance limit, Shockley–Queisser limit, Shockley Queisser Efficiency Limit or SQ Limit) is the maximum theoretical efficiency of a solar cell using a single p-n junction to collect power from the cell where the only loss mechanism is radiative recombination in the solar cell. It was first calculated by William Shockley and Hans-Joachim Queisser at Shockley Semiconductor in 1961, giving a maximum efficiency of 30% at 1.1 eV. The limit is one of the most fundamental to solar energy production with photovoltaic cells, and is considered to be one of the most important contributions in the field. (en)
- La limite de Shockley-Queisser est l'efficacité théorique maximale d'une cellule photovoltaïque utilisant une seule jonction P-N. Elle a d'abord été calculée par William Shockley et Hans-Joachim Queisser au (en) en 1961. Cette limite, parmi les plus importantes à la production d'énergie solaire, est considérée comme une des contributions scientifiques les plus importantes dans ce domaine. (fr)
- Em física, o limite Shockley–Queisser ou limite de balanço detalhado designa à máxima eficiência teórica de uma célula fotovoltaica baseada numa união p-n. O cálculo foi desenvolvido por William Shockley e Hans Queisser em Shockley Semiconductor em 1961. Considera-se-lhe um dos fundamentos básicos da energia solar fotovoltaica e um dos principais avanços no campo. (pt)
- 在物理学中，肖克利-奎伊瑟极限（亦称细致平衡极限、精细平衡转换效率极限或SQ极限，或物理学名词辐射效率极限）太阳能电池使用单PN结从电池中收集能量的理论最大效率，其中唯一的损失机制是太阳能电池中的辐射复合。它是由威廉·肖克利和Hans-Joachim Queisser于1961年在肖克利半导体实验室首次计算出来的，结果是1.1 eV时最高效率为30%。此极限是利用光伏电池生产太阳能最基本的原理之一，并被认为是该领域最重要的贡献之一。 最初的计算使用6000K黑体光谱作为太阳光谱的近似值，随后的计算使用了测量的全球太阳光谱AM 1.5，并包括一个背面反射镜，它将带隙为1.34 eV的单结太阳能电池的最大太阳转换效率提高到33.16%，也就是说，所有落在理想太阳能电池上的阳光（约1000 W/2）的能量中，只有33.7%能够转化为电能(337 W/2)。最流行的太阳能电池材料硅的带隙为1.1 eV，效率最高可达32%左右。现代商用单晶太阳能电池的转换效率约为24%，这种损耗很大程度上是由于实际需要，比如电池正面的反射和电池表面细线的光阻塞。 (zh)
|
