Στην παρούσα διπλωματική εργασία εστιάσαμε στην ανάλυση των φωτοβολταϊκών παραμέτρων άμορφου πυριτίου (a-Si) και συγκεκριμένα στην παρουσίαση και την ανάλυση του πλαισίου Scott Solar ASi-F 32/12. Οι μετρήσεις λάβανε μέρος στο Πανεπιστήμιο Πατρών το έτος 2011. Ειδικότερα, οι μετρήσεις που πήραμε ήταν η τάση του φωτοβολταικού πλαισίου άμορφου πυριτίου, το ρεύμα, η ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία περιβάλλοντος και πλαισίου ανά τακτά χρονικά διαστήματα στη διάρκεια μιας μέρας και σε διαφορετικές καιρικές συνθήκες στη διάρκεια του χρόνου. Το πλαίσιο είχε τοποθετηθεί σε σταθερό στήριγμα σε γωνία 38ο, ίση δηλαδή με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Από τις μετρήσεις που λάβαμε ήμασταν σε θέση να εξάγουμε συμπεράσματα και γραφικές παραστάσεις για τις φωτοβολταϊκές παραμέτρους του πλαισίου όπως ρεύματος τάσης (I-V), μέγιστης ισχύς και ακτινοβολίας, συντελεστή πλήρωσης ff και συντελεστή απόδοσης με θερμοκρασία. Για να γίνει πιο ολοκληρωμένη και κατανοητή η ανάλυση των φωτοβολταϊκών παραμέτρων αλλά και οι αιτίες για τις οποίες αναπτύχτηκαν οι φωτοβολταϊκές τεχνολογίες, απαιτήθηκε η παρουσίαση και άλλων κεφαλαίων ξεκινώντας από το γενικό και φτάνοντας στο ειδικό. Η διπλωματική αυτή εργασία ξεκινά με τον ορισμό της ενέργειας και παρουσιάζει όλες τις μορφές και τις πηγές της. Γίνεται μια πιο εκτενής αναφορά στις ανανεώσιμές πηγές ενέργειας, ποιες είναι και τι πλεονεκτήματα έχουν. Στη συνέχεια παρουσιάζονται υλικά και δομές αυτών τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ηλεκτρομαγνητικών διατάξεων. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται τύποι ημιαγωγών οι οποίοι αποτελούν το θεμέλιο λίθο της μικροηλεκτρονικής και της νανοηλεκτονικής και εφαρμογές αυτών των ημιαγωγών. Προχωρώντας στο επόμενο κεφάλαιο μπαίνουμε ακόμα πιο ειδικά στις εφαρμογές των υλικών - πάντα με γνώμονα την ενεργειακή τους ιδιότητα – και παρουσιάζουμε το φωτοβολταϊκό πλαίσιο, τη δομή του και τα είδη των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Το κεφάλαιο αυτό ολοκληρώνεται με την παρουσίαση και τον ορισμό των ηλεκτρικών και φωτοβολταϊκών χαρακτηριστικών των στοιχείων. Τέλος, γίνεται η παρουσίαση των μετρήσεων στο πλαισίου αμόρφου πυριτίου, η ανάλυση των φωτοβολταϊκών χαρακτηριστικών του, η σύγκριση μέσω προσομοίωσης σε μέσες καιρικές συνθήκες 20αετίας και το πρακτικό αποτέλεσμα όλων των μετρήσεων που είναι η παραχθείσα ενέργεια από το πλαίσιο στο διάστημα της μελέτης μας. / In this thesis we focused on the analysis of photovoltaic parameters of amorphous silicon (a-Si) and specifically in the presentation and analysis of the context Scott Solar ASi-F 32/12. The measurements took part in the University of Patras in 2011. Specifically , the measurements we got were the voltage of amorphous silicon photovoltaic modules , current, solar radiation, temperature and frame at regular intervals during a day and in different weather conditions during the year . The frame was placed in the anchor at an angle of 38 ° , ie equal to the latitude of the place . From the measurements we were able to draw conclusions and graphs for the photovoltaic parameters of the frame as current -voltage (IV), maximum power and radiation , fill factor ff and temperature coefficient performance . To make it more complete and comprehensive analysis of the photovoltaic parameters and the causes for which thrived photovoltaic technologies required the presentation and other chapters starting and reaching the general to the specific. This thesis begins with the definition of energy and present all forms and sources . It is a more extensive report on renewable energy , what is and what advantages they have. The following are materials and structures thereof which can be used in applications of electromagnetic devices. In addition , semiconductor types are presented which are the foundation of microelectronics and nanoelektonics and applications of semiconductors . Moving on to the next chapter we get even more specific applications of materials - always with energy capacity - and present the photovoltaic panel , structure and types of photovoltaic modules . This chapter concludes with the presentation and definition of electrical and photovoltaic characteristics of the data . Finally , we present the measurement framework amorphous silicon analysis of photovoltaic characteristics of the comparison by simulation 20aetias average weather conditions and the practical result of all measurements is the energy from the context in time of our study .

Στην παρούσα διατριβή δοκιμάστηκαν καινοτόμα υλικά ως προς τις δυνατότητές τους να χρησιμοποιηθούν σε διατάξεις μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Τα συμβατικά ηλιακά στοιχεία, τα αποκαλούμενα και φωτοβολταϊκά πρώτης γενιάς, αποτελούνται από κρυσταλλικό πυρίτιο το οποίο με κατάλληλες προσμείξεις παράγει ηλεκτρισμό αξιοποιώντας τη φωτοβόληση μιας επαφής p-n. Στην κατεύθυνση αντικατάστασης των συμβατικών ηλιακών στοιχείων έχει προταθεί η κατασκευή κυψελίδων με νανοδομημένα υλικά τα οποία μπορούμε να επιστρώσουμε υπό τη μορφή λεπτών υμενίων. Στην κατεύθυνση αυτή, στην παρούσα διατριβή κατασκευάστηκαν τρεις τύποι τέτοιων ηλιακών στοιχείων: Φωτοηλεκτροχημικές κυψελίδες, ευαισθητοποιημένες είτε μέσω οργανομεταλλικών χρωστικών είτε μέσω ανόργανων νανοκρυστάλλων (Κβαντικές τελείες), υβριδικές κυψελίδες στερεού τύπου, επίσης ευαισθητοποιημένες τόσο μέσω οργανομεταλλικών χρωστικών όσο και μέσω κβαντικών τελειών και τέλος, φωτοκυψέλες καυσίμου (PEC). Η δομή των συστημάτων αυτών σε γενικές γραμμές συμπεριλαμβάνει: (α) το ηλεκτρόδιο ανόδου (φωτοάνοδος), το οποίο αποτελείται από έναν ημιαγωγό ευρέως χάσματος, όπως η τιτάνια, και από τον ευαισθητοποιητή, (β) το ηλεκτρόδιο καθόδου (αντιηλεκτρόδιο) το οποίο εμπλέκει κατά κανόνα κάποιο ευγενές μέταλλο με μεγάλο έργο εξόδου, και (γ) τον ηλεκτρολύτη που εμπεριέχει το κατάλληλο οξειδοαναγωγικό ζεύγος. Στην περίπτωση των ηλιακών στοιχείων στερεού τύπου, ο ηλεκτρολύτης αντικαθίσταται με κάποιο άλλο υλικό, οργανικό ή ανόργανο το οποίο ολοκληρώνει τη δομή και λειτουργία της συσκευής. Καθώς το ηλιακό φως προσπίπτει στην κυψελίδα, φωτόνια απορροφούνται από τα ημιαγώγιμα στρώματα, την τιτάνια, την χρωστική ή τις κβαντικές τελείες, ανάλογα με τη δομή της κυψελίδας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την απορρόφηση των φωτονίων από τα ηλεκτρόνια, τη διέγερση των ηλεκτρονίων αυτών στη ζώνη αγωγιμότητας, την δημιουργία οπών στη ζώνη σθένους στη θέση των ηλεκτρονίων, και εν τέλει τη δημιουργία προϋποθέσεων κυκλοφορίας των iv φορέων ανάμεσα στα υλικά με στόχο την συλλογή τους εξωτερικά και την αξιοποίηση του παραγόμενου (φωτο)ρεύματος. Οι δικές μας παρεμβάσεις αφορούν στην κατασκευή και χαρακτηρισμό ηλιακών στοιχείων καθώς και στη σύνθεση και χαρακτηρισμό καινοτόμων υλικών προκειμένου να αξιοποιηθούν σε ηλιακά στοιχεία στην κατεύθυνση βελτιστοποίησης της απόδοσης αυτών. Στις ευαισθητοποιημένες μέσω χρωστικής, φωτοηλεκτροχημικές κυψελίδες δοκιμάστηκε η χρήση του PEDOT ως ηλεκτροκαταλύτη στην κάθοδο, με σκοπό την αντικατάσταση του Pt, υλικού σπάνιου και ακριβού. Έπειτα δοκιμάστηκε η χρήση συνδυασμού ανόργανων νανοκρυστάλλων, CdS, CdSe, ZnS για την ευαισθητοποίηση του ημιαγωγού στο ορατό φάσμα της ακτινοβολίας, αντί των οργανομεταλλικών χρωστικών. Στις κυψελίδες αυτές επίσης χρησιμοποιήθηκαν τόσο CuS όσο και CoS ως ηλεκτροκαταλύτες στην κάθοδο. Στα ηλιακά στοιχεία στερεού τύπου οι παρεμβάσεις έγιναν τόσο με την προσθήκη πρόσθετων ουσιών με σκοπό την αύξηση της κινητικότητας των φορέων όσο και στην χρήση ανόργανων ευαισθητοποιητών, παράλληλα με την προσθήκη θυσιαστήριων ουσιών προς αντιμετώπιση των φαινομένων οξείδωσης. Τέλος στις φωτοκυψέλες καυσίμου δοκιμάστηκε η χρήση πολυπυρρολίου στην κάθοδο, επικεντρώνοντας και εδώ στην αντικατάσταση του λευκόχρυσου. / In this thesis, novel materials were tested for their potential use in devices that convert solar energy into electricity. The conventional first generation photovoltaic cells consist of crystalline silicon, which with suitable impurities generates electricity utilizing a p-n contact. In the direction of replacing those conventional solar cells, has been proposed the construction of solar cells with nanostructured materials, which can be applied as thin films. In this thesis we constructed three types of such cells: photoelectrochemical cells sensitized either by organometallic dyes or through inorganic nanocrystals (quantum dots), hybrid solid state solar cells also sensitized both through organometallic dyes and through inorganic nanocrystals and finally photofuel cells (PEC). The structure of these systems generally includes: (a) the anode electrode, which consists of a wide gap semiconductor such as titania or zinc oxide and the sensitizer (b) the cathode (counter electrode) which is normally a noble metal with a large work function, and (c) the electrolyte, which comprises a suitable redox couple. In the case of the solid type solar cells, the electrolyte is replaced with a solid state hole conductor, organic or inorganic, which completes the structure and operation of the device. As sunlight falls on the cell, photons are absorbed by the semiconductor layer, titania, the dye or the quantum dots depending on the structure of the cell. This results in the absorption of photons by the electrons, the excitation of these electrons in the conduction band, creating holes in the valence band, ,and ultimately the creation of charge mobility conditions for the carriers between the combined materials with the purpose to collect them externally and to utilize the produced (photo) current. Our own interventions were related with the test of novel materials in the mentioned solar cells in the direction of the optimization of their performance. In the case of dye sensitized solar cells, PEDOT was tested as the cathode electrocatalyst, towards the replacement of Pt, a rare and expensive material. Then we tried to use a combination of inorganic nanocrystals, CdS, CdSe, ZnS to sensitize the semiconductor in the visible range of radiation in substitution of the organometallic dyes. In the case of quantum dot sensitized solar cells, we also used both CuS and CoS as cathode electrocatalysts. In hybrid solid state solar cells, interventions were made by adding additives in the direction of increasing the mobility of carriers. We also used inorganic sensitizers while adding sacrificial substances to deal with oxidation phenomena. Finally in Photo fuel cells we tested polypyrrole as electrocatalyst in the cathode, focusing again in replacing platinum.