ITE1832 Solcelleteknologi og vakuumteknologi - 10 stp

Emnet gir en grunnleggende innføring i solcelleteknologi og i vakuumteknologi.

Delemne 1 Solcelleteknologi

• Fotoner inn - elektroner ut: Prinsippet bak den fotovoltaiske-, og fotoelektriske effekten
• Solenergiens rolle i verden
• Grunnleggende om sol-jordfysikk og solvinkler
• Grunnleggende om krystaller og halvlederteori
• Doping, drift og diffusjon
• pn-dioden
• Solcellens prinsipielle virkemåte
• Hetero-, og homo overganger
• Material egenskaper
• Fremstilling av silisium
• Design og fremstilling av krystallinske solceller
• Utstyr for fremstilling av solceller
• Solcelle målinger; IV-kurver, Voc, Isc, FF, effektivitet, parasittresistanser
• Måleutstyr for karakterisering
• Klassifisering av solceller
• Datasimuleringer, solcellen, PV-system
• Inngående komponenter i et solcellesystem

Delemne 2 Vakuumteknologi

• Vakuumteknologiens historie
• Enheter, nomenklatur og terminologi
• Prinsipper for ulike vakuumpumpers funksjon og bruksområder
• Prinsipper for vanlige forekommende vakuumbaserte prosesser innen fremstilling av halvlederkomponenter og metallurgi
• Bygge deler og måleinstrumenter
• Dimensjonering av pumpesystem
• Prosessutvikling
• Restgass analyse og lekkasjesøk
• Kontaminering og vedlikehold
• Sikkerhetsaspekter

Generell studiekompetanse og Matematikk R1+R2 og Fysikk 1.

Søkekode: 5198.

Anbefalte forkunnskaper: IGR1600 Matematikk 1, IGR1603 Fysikk/Kjemi eller tilsvarende.

Etter bestått emne skal studentene ha følgende læringsresultat:

Kunnskaper og forståelse:

• forklare solcellers virkemåte
• forstå forskjellen mellom fotovoltaisk effekt og fotoelektrisk effekt
• redegjøre for viktige elektriske og geometriske design parametere for solceller
• forstå en målt karakteristikk for en solcelle
• beskrive viktige forskjeller mellom ulike typer solceller
• beskrive fremstillingssekvensen for krystallinske silisium solceller
• redegjøre for faktorer viktige for optimal plassering av solceller
• forklare funksjonen til ulike komponenter i et solcelle system
• forklare den prinsipielle oppbyggingen av en solcellemodul
• redegjøre for konsekvenser av forskjeller mellom celler i en modul
• redegjøre for ulike typer produksjonsfeil og defekter
• forstå formålet med de produksjonsprosesser som brukes for fremstilling av solceller og solcelle paneler
• sammenligne ulemper og fordeler for ulike pumpeprinsipper
• forklare vanligste prinsipper for trykkmåling i vakuum
• forklare metodikk for lekkasjesøk
• identifisere ulike typer av vakuum bygge deler
• forstå hvorfor det er viktig å unngå kontaminering av produksjonsutstyr
• lokalisere mulig miljø eller sikkerhetsmessig risiko i solcelleanlegg og i vakuumsystemer

Ferdigheter:

• utføre enkle beregninger for solcellers ytelse
• analysere målte egenskaper hos en solcelle
• klassifisere en målt solcelle utfra dess karakteristikk
• skille en god celle fra en dårlig
• forstå tekniske datablad for solceller og for vakuumpumper
• designe en krystallinsk silisium solcelle
• simulere en solcelles ytelse som funksjon av design mha. dataprogram
• dimensjonere et solcelle anlegg
• sette sammen et optimalt fungerende solcelleanlegg bestående av ikke identiske moduler
• velge egnede vakuumpumper for ulike vakuum baserte prosesser
• dimensjonere et vakuumpumpesystem
• bestemme et vakuumsystems status utfra et restgass spektra

Kompetanse:

• redegjøre for fordeler og ulemper med solcellesystem for produksjon av elektrisk energi
• reflektere over solenergiens rolle i verdens energisystem
• reflektere over hvordan lagre energi fra solceller
• vurdere egnethet hos ulike typer solcellepanel i ulike miljøer
• uttale seg om miljømessige og/eller sikkerhetsmessige konsekvenser ved fremstilling av, eller bruk av solceller
• navngi relevante tekniske standarder
• kommunisere med publikum og fagpersoner innen solcelleteknologi og vakuumteknologi

Forelesninger og øvinger i form av 4 økter/uke fordelt likt mellom delemnene,

obligatoriske innleveringer, designoppgaver og laboratorieoppgaver med tilhørende rapportering.

Gjesteforelesninger kan forekomme.

Frivillige Quiz kan forekomme.

Innføring i bruk av PC1D programmet. Et gratis program for Windows system som er fritt tilgjengelig på internett. Vil bli utdelt.

Audio og video av forelesninger og øvinger i klasserom blir spilt inn med Mediasite og kan følges live via nett. Linker til innspillinger blir lagt ut på It´sLearning.

Praksis: nei

Kvalitetssikring av emnet:

Emneevaluering i form av spørreundersøkelse, evt. også via studenttillitsvalgt.

Obligatoriske arbeidskrav

Følgende må være godkjent for å få eksamensrett:

For delemne 1 solcelleteknologi: 3 stk. obligatoriske innleveringer bestående av en regneøving, en designoppgave og en hjemme laborasjon med rapport. I hjemmelaborasjonen simuleres optimalisering av en solcelle og dess egenskaper mha. PC1D programmet.

For delemne 2 vakuumteknologi: 3 stk. obligatoriske innleveringer bestående av to regneøvinger, og en designoppgave (design av et vakuum pumpesystem).

Eksamen og vurdering

To(2) skriftlige 4 timers deleksamener under oppsyn.

Det gis bokstavskarakter A-F i hvert enkelt delemne som vektes sammen til en samlet karakter A-F med vekt faktorer 50/50.

Ved kontinuasjonseksamen er det tilstrekkelig å ta opp kun aktuelt delemne. Det er ikke nødvendig å ta opp begge delemner på nytt ved tidligere oppnådd karakter F i kun et delemne.

Notér at deleksamen 1- Solcelleteknologi vil være felles med delemnet solcelleteknologi inngående i emne ITE1905 Solcelleteknologi og brenselceller.

Kontinuasjonseksamen

Ved kontinuasjonseksamen er det tilstrekkelig å ta opp kun aktuelt delemne. Det er ikke nødvendig å ta opp begge delemner på nytt ved tidligere oppnådd karakter F i kun et delemne.

Hjelpemidler ved eksamen

Kun formelsamling vedlagt eksamensoppgavetekst. Ingen andre trykte eller håndskrevne hjelpemidler er tillatt.

Kalkulator: Alle handholdne kalkulatorer med tomt minne ved eksamensstart og uten kommunikasjonsmulighet er tillatt.

Eksamensdato er foreløpig og vil kunne bli endret. Endelig eksamensdato kunngjøres ved oppslag på det enkelte fakultet primo mai for vårsemesteret og primo november for høstsemesteret.

All organisert undervisning, pensumlitteratur og alt utdelt materiale som ikke er identifisert som kun støttemateriale er pensummateriale. Nærmere opplysninger gis i utdelt fremdriftsplan ved oppstart av emnet.

Eksamensoppgaver gis med utgangspunkt i dette.

Pensumitteratur:

1) Foreleser vil benytte hefter/kompendier, egenprodusert materiale, eller

material fritt tilgjengelig på internett. Disse vil bli gjort tilgjengelig på It´sLearning.

2) Kapittel 3, "The Physics of the Solar cell" av Jeffery L. Gray, inngående i "Handbook of Photovoltaic Science and Engineering", Eds. Antonio Luque and Steven Hegedus, John Wiley& Sons, ISBN 978-0-470-72169-8.

3) Solcellen-Egenskaper og fremstilling, Svein Møller Nilsen, Under utarbeidelse. Vil bli utdelt.

4) PVCDROM - Internettside om photovoltaics: http://pveducation.org/pvcdrom

5) The Vacuum Technology Book volume 1-5, kan lastes ned gratis fra: http://www.pfeiffer-vacuum.com/products/vacuum-technology-book/container.action

6) Vakuum teknologi og vakuum baserte prosesser for fremstilling av halvlederkomponenter, Svein Møller Nilsen. Under utarbeidelse. Vil bli utdelt.

Støttelitteratur:

1) Kompendium #312, kap. 3, Solar Cell Technology, Høgskolen i Narvik

2) Jenny Nelson: "The Physics of Solar Cells", Imperial College Press, ISBN 978-1-86094-3492

3) Eds. Antonio Luque and Steven Hegedus: "Handbook of Photovoltaic Science and Engineering", John Wiley& Sons, ISBN 978-0-470-72169-8

4) S. A. Kalogirou, Solar energy engineering processes and systems, 2ed., Academic Press, 2014, ISBN-13: 978-0123972705

5) The Vacuum Lab lectures by Phil Danielson, Terry Croson, fra internett: www.vacuumlab.com

6) Fundamentals of Vacuum Technology by Dr. Walter Umrath, fra internett: http://nd.edu/~nsl/Lectures/urls/LEYBOLD_FUNDAMENTALS.pdf