GERİ DÖN
Ders Öğretim Planı
| Dersin Kodu | Dersin Adı | Dersin Türü | Yıl | Yarıyıl | AKTS |
|---|---|---|---|---|---|
| 9105037152024 | Güneş Hücreleri Fiziği I | Seçmeli Ders Grubu | 1 | 1 | 8,00 |
Dersin Seviyesi
Yüksek Lisans
Dersin Sunulduğu Dil
Türkçe
Dersin Amacı
Bu dersin amacı, öğrencilerin fotovoltaik cihazlardaki yarı iletkenlerin temel fiziğini, güneş hücresi çalışma mekanizmasının fiziksel modellerini, yaygın güneş hücresi türlerinin özellikleri ve tasarımını, güneş hücresi verimliliğini artırmaya yönelik yaklaşımları kavrayabilmesini, bir güneş hücresinin çalışma prensiplerinin altında yatan fiziksel ilkeleri kavrayabilmesini, fiziksel ilkelerin tartışabilmesini, mevcut teknolojiye ve gelecekteki yeni gelişmelere temel olmasını sağlamak ve güneş hücrelerini karakterize etmede kullanılan ölçüm teknikleri öğrenmesini sağlamaktır.
Dersi Veren Öğretim Görevlisi/Görevlileri
Dr. Öğr. Üyesi Adem MUTLU
Öğrenme Çıktıları
| 1 | Güneş enerjisi, elektromanyetik spektrum özellikleri ve fotoelektrik etki konularını öğrenme |
| 2 | Temel yarıiletken özelliklerini (atomik yapı, katkılama, yük taşıyıcıları ve yük transferi) kavrayabilme |
| 3 | P-n eklemlerin oluşumu ve özelliklerini öğrenme |
| 4 | Güneş hücrelerindeki enerji dönüşümünü kavrayabilme |
| 5 | Güneş hücrelerinin temel yapısını anlayabilme |
| 6 | Güneş hücrelerinin elektriksel parametreleri ve eşdeğer devresini anlayabilme |
| 7 | Güneş hücrelerindeki kayıplar ve verimi kısıtlayan faktörlerin anlama |
| 8 | Fotovoltaik teknolojilerin gelişimi ve yeni gelişmeler hakkında bilgi sahibi olma |
| 9 | Güneş hücrelerinin karakterizasyonu için gerekli olan teknikleri öğrenme |
Öğretim Sistemi
Birinci Öğretim
Dersin Ön Koşulu Olan Dersler
Ders İçin Önerilen Diğer Hususlar
[Yok]
Dersin İçeriği
1. Fotonlar ve ışık, ışık absorpsiyonu ve ışık-madde etkileşimlerinin anlatılması 2. Yarıiletken nedir? Yarıiletkenin genel özellikleri ve çeşitleri nelerdir? Yarıiletkenlerde katkılama gibi temel konuları tanımlamak ve bunların uygulama alanlarının açıklanması 3. P-n eklemlerin temel yapısı, bu ekleme gerilim uygulanmaması durumda, ters ve düz besleme uygulanması durumlarında yarıiletkenin özelliklerinin açıklanması 4. Güneş hücrelerindeki enerji dönüşümünün açıklanması 5. Güneş hücreleri hangi malzemelerden yapıldığı, güneş hücreleri hangi katmanlardan oluştuğu ve bu katmanların hangi özelliklere sahip olduğunun açıklanması 6. Güneş hücrelerinin aydınlık ve karanlık altındaki davranışı ve eşdeğer devrelerinin açıklanması 7. Bir güneş hücresinin neden gelen ışığın %100' ünü elektriğe çeviremediğini açıklamak, farklı verimlilik limitlerini ve ana kayıp mekanizmalarını tartışarak incelenmesi 8. Fotovoltaik teknolojilerin nesillere göre sınıflandırılması ve yeni nesil teknolojilerin öneminin açıklanması 9. Güneş hücrelerinin davranışlarının doğru yorumlanması ve verimliliklerini sınırlayan ve optimize edilmesi gereken faktörlerin belirlenmesi için güneş hücresinde kullanılan malzemelerin ve güneş hücrelerinin özelliklerinin deneysel olarak belirlenebileceği çeşitli tekniklerin açıklanması ve tartışılması
Haftalık Ayrıntılı Ders İçeriği
| Hafta | Konular (Teorik) | Öğretim Yöntem ve Teknikleri | Ön Hazırlık |
|---|---|---|---|
| 1 | Dersin tanıtımı: Kapsamı, gerekçesi, Önemi, Kural ve Gerekleri | ||
| 2 | Foton, kara cisim ışıması, güneş spektrumu, hava kütlesi, fotoelektrik etki hakkında bilgi verilmesi | ||
| 3 | Yarı iletkenlerde elektron ve boşluk yük taşıyıcılarının davranışı, yük dağılım fonksiyonu, hal yoğunluğu, katkılama, Fermi enerjisi, enerji bantları, iş fonksiyonu gibi fiziksel özelliklerin verilmesi | ||
| 4 | P-n eklemlerinin nasıl oluştuğunun açıklanması, uygulanan potansiyelin yönüne bağlı olarak p-n ekleminin davranışının incelenmesi, eklem bölgesinin açıklanması | ||
| 5 | Yük difüzyonu, alan akımı, difüzyon akımı, difüzyon uzunluğu ve mobilitenin açıklanması | ||
| 6 | Güneş hücrelerindeki enerji dönüşüm süreçlerinin; güneş radyasyonunun emilmesi ve kimyasal enerjinin üretilmesi ve akım ve gerilim üretilerek elektrik enerjisine dönüştürülmesi yoluyla açıklanması | ||
| 7 | Bir güneş hücresi üretilirken gerekli olan tüm katmanlar ve mimariler hakkında bilgi vermek, bu katmanların hangi özelliklere sahip olması gerektiğini detaylı açıklamak | ||
| 8 | Ara sınav | ||
| 9 | Bir güneş hücresinden elde edilen ve verimi belirleyen akım akım-gerilim karakteristiklerinin aydınlık ve karanlık altında incelenmesi, bu parametreleri etkileyen faktörlerin tartışılması | ||
| 10 | Bir güneş hücresinin güç dönüşüm verimliliğini, enerji dönüşümündeki belirli kayıpları temsil eden bileşenler açısından tanımlanması ve bu kayıpların tartışılması | ||
| 11 | 1.nesil (silikon) ve 2.nesil (ince film) teknolojilerinin anlatılması | ||
| 12 | 3.nesil (DSSC, kolloidal QD, perovskite ve organik güneş hücreleri) teknolojilerinin anlatılması | ||
| 13 | J-V, IPCE, EIS, SCLC tekniklerinin anlatılması | ||
| 14 | Dönem Proje Sunumları | ||
| 15 | Dönem Proje Sunumları | ||
| 16 | Final sınavı |
Ders Kitabı / Malzemesi / Önerilen Kaynaklar
1. Peter Würfel and Uli Würfel, “Physics of Solar Cells, From Basic Principles to Advanced Concepts 3rd Edition”, Wiley-VCH, 2016. 2. Arno HM Smets, Klaus Jäger, Olindo Isabella, René ACMM van Swaaij, Miro Zeman, “Solar energy The physics and engineering of photovoltaic conversion, technologies and Systems” , UIT Cambridge, 2016. 3. Antonio Luque, Steven Hegedus, “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering”, 2010. 4. Karl W. Böer, “Handbook of the Physics of Thin-Film Solar Cells”, Springer, 2013.
Planlanan Öğrenme Aktiviteleri ve Metodları
Değerlendirme
| Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri | Adet | Değer |
|---|---|---|
| Ara Sınav | 1 | 100 |
| Toplam | 100 | |
| Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri | Adet | Değer |
| Final Sınavı | 1 | 50 |
| Proje Sunma | 1 | 50 |
| Toplam | 100 | |
| Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri | 40 | |
| Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri | 60 | |
Staj Durumu
İş Yükü Hesaplaması
| Etkinlikler | Sayısı | Süresi (saat) | Toplam İş Yükü (saat) |
|---|---|---|---|
| Ara Sınav | 1 | 3 | 3 |
| Final Sınavı | 1 | 1 | 1 |
| Derse Katılım | 14 | 3 | 42 |
| Proje Hazırlama | 1 | 46 | 46 |
| Proje Sunma | 1 | 4 | 4 |
| Bireysel Çalışma | 12 | 3 | 36 |
| Ara Sınav İçin Bireysel Çalışma | 1 | 36 | 36 |
| Final Sınavı içiin Bireysel Çalışma | 1 | 42 | 42 |
| Okuma | 10 | 3 | 30 |
| Toplam İş Yükü (saat) | 240 | ||
Program ve Öğrenme Çıktıları İlişkisi
| PÇ 1 | PÇ 2 | PÇ 3 | PÇ 4 | PÇ 5 | PÇ 6 | PÇ 7 | |
| ÖÇ 1 | 5 | 3 | 4 | 5 | 3 | 4 | 4 |
| ÖÇ 2 | 5 | 5 | 5 | 3 | 5 | 4 | 5 |
| ÖÇ 3 | 5 | 4 | 4 | 4 | 3 | 5 | 4 |
| ÖÇ 4 | 4 | 5 | 5 | 4 | 4 | 4 | 3 |
| ÖÇ 5 | 4 | 3 | 3 | 5 | 5 | 3 | 5 |
| ÖÇ 6 | 5 | 5 | 5 | 3 | 3 | 4 | 3 |
| ÖÇ 7 | 3 | 4 | 4 | 4 | 5 | 4 | 3 |
| ÖÇ 8 | 4 | 5 | 5 | 5 | 3 | 5 | 4 |
| ÖÇ 9 | 5 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 5 |
* Katkı Düzeyi : 1 Çok düşük 2 Düşük 3 Orta 4 Yüksek 5 Çok yüksek