Optoelektronika

Opis predmeta

UVOD: izzivi in trendi v optoelektroniki

SVETLOBA: ponovitev modelov svetlobe, razširjanje, svetloba in snov, kompleksni lomni količnik, odboj, lom, sipanje, barvni prostori

OPTIČNI VIRI: nastanek svetlobe v snovi in pregled sodobnih optičnih virov

– Svetleče diode (LED): direktni polprevodniki, spontana emisija, LED strukture, tehnologija, optične in električne karakteristike, primer krmilnih vezij, organske LED (OLED)

– Laserji: princip laserskega delovanja, stimulirana emisija, zgradba plinskega laserja, optično ojačenje in izgube, spekter in oblika žarka, uporaba laserjev

– Laserske diode (LD): strukture (PN, DH, DBR, DFB, VCSEL), delovanje, praktični primeri uporabe

DETEKTORJI SVETLOBE: detekcija svetlobe v polprevodniku, polprevodniški fotodetektorji (pn, pin, hetero, PD s plazovito ionizacijo, fototranzistor), vezja s fotodetektorji

osnove delovanja in strukture CCD, CMOS, večja a-Si:H detektorska polja

ZASLONI: zgradba in delovanje LCD, LED. plazemskih in OLED zaslonov, principi delovanja 3D zaslonov

OPTIČNA VLAKNA: princip prenosa svetlobe po vlaknu, razlika eno in mnogorodovna vlakna, slabljenje, disperzija, nelinearni efekti

FOTOVOLTAIKA: trendi, sončni spekter, sevanje, obsevanje, delovanje in parametri sončne celice, tehnologije in tipi sončnih celic in fotonapetostnih modulov, fotonapetostni sistemi, načrtovanje sončne elektrarne, primeri izvedbe

Iz omenjenih področij študenti izvedejo 6 laboratorijskih vaj, med njimi eno izbirno v raziskovalnem Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko.

Predmet učimo na programih

Elektrotehnika 1. stopnja

Cilji in kompetence

Cilji predmeta so študentu podati sodobna znanja s področja optoelektronike in fotonike s poudarkom na izvedbah sodobnih optoelektronskih gradnikov, se seznaniti z njihovimi strukturami in razumeti osnovne principe delovanja. Osredotočamo se predvsem na elektrotehnične vidike, ki zajemajo tudi rešitve osnovnih načinov priklopa elementov in sistemov v elektronska vezja. Na področju fotovoltaike se študenti spoznajo s pomenom obnovljivih virov energije, seznanijo se in razmišljajo o rešitvah, ki jih ponuja fotovoltaika.

Metode poučevanja in učenja

Na predavanjih so podane teoretične osnove in prikazani izbrani praktični primeri. Študenti imajo na voljo izročke prosojnic predavanj in dodatno gradivo. Na laboratorijskih vajah se študenti usmerjajo na praktično delo s konkretnimi optoelektronskimi gradniki.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

pojasniti osnovne principe delovanja optoelektronskih gradnikov
izračunati obravnavane osnovne optične in električne lastnosti optoelektronskih gradnikov
izmeriti osnovne karakteristike gradnikov
izbrati ustrezen optoelektronski gradnik za dano aplikacijo
načrtati enostavno vezje za priključitev gradnikov
izvesti osnovne korake načrtovanja fotonapetostnega generatorja za enostavno fotonapetostno elektrarno

Reference nosilca

KRČ, Janez, TOPIČ, Marko. Optical modeling and simulation of thin-film photovoltaic devices. New York: CRC Press, 2013.
KRČ, Janez, SEVER, Martin, TOPIČ, Marko. The two approaches of surface-texture optimization in thin-film silicon solar cells. IEEE journal of photovoltaics, ISSN 2156-3381, Oct. 2013, vol. 3, no. 4, str. 1156-116
KRČ, Janez, LIPOVŠEK, Benjamin, TOPIČ, Marko. Design for high out-coupling efficiency of white OLED using CROWM – a combined geometric/wave optics model. V: Optical Nanostructures and Advanced Materials for Photovoltaics (2013). [S. l.]: The Optical Society, cop. 2014.
KRČ, Janez, SEVER, Martin, ČAMPA, Andrej, STELTENPOOL, Mark, MOULIN, Etienne, ERVEN, Rob van, HAUG, Franz-Josef, BALLIF, Christophe, TOPIČ, Marko. Design of advanced surface-textures for thin-film silicon micromorph solar cells. V: Photovoltaic Science and Engineering Conference, October 28 – November 1, 2013, Taipei, Taiwan. PVCES-23 : technical digest. [S. l.: s. n.], 2013, str. 1-
KRČ, Janez, LIPOVŠEK, Benjamin, TOPIČ, Marko. Light management in thin-film solar cell. V: LÓPEZ, Ana Belén Cristóbal (ur.), VEGA, Antonio Martí (ur.), LÓPEZ, Antonio Luque (ur.). Next generation of photovoltaics : new concepts, (Springer series in optical sciences, ISSN 0342-4111, 165). Berlin; Heidelberg: Springer, cop. 2012, str. 95-129.

Temeljni viri in literatura

1. J. Krč, Prosojnice predavanj, dostopne so na e-FE/ / Slides of lectures, available at e-FE

2. B. Lipovšek, Navodila za laboratorijske vaje pri predmetu Optoelektronika (založba UL FE) in zbirka rešenih primerov na e-fe / Instructions for practical work – Optoelectronics (bookstore UL FEE) and Calculation examples with results (e-fe)

3. S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics – principles and practices, 2nd Ed. Pearson Education, 2013

4. A. Luque, S. Hegedus, Handbook of photovoltaic science and engineering, Wiley, 2011.

5. B. E. A. Saleh, Fundamentals of photonics, Wiley, 2007.