پیمانکار رتبه یک تاسیسات

خانه های ارزان – هشت پیشنهاد باورکردنی برای ساخت خانه‌های ارزان قیمت
1397-02-24
تهویه مطبوع-رویدادهای نو ظهور در تهویه مطبوع و تأثیر آن‌ها بر بازار جهانی
1397-02-26
Show all

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی در مقایسه با پوشش‌های ضد انعکاسی و میدان سطح تماس

طراحی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی در مقایسه با پوشش‌های ضد انعکاسی و میدان سطح تماس

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
اردیبهشت ماه 97
سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

 

در این مقاله، شبیه‌سازی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی بر اساس فیزیک و با استفاده از شبیه‌ساز Silvaco- TCAD ارائه می‌شود. شبیه‌سازی در یک سلول خورشیدی مبتنی بر Si با پوشش ضد انعکاس (ARC)، و ARC با میدان سطح تماس(BSF) انجام شد. از SiO2 ARC تک لایه استفاده شده و تاثیر آن بر روی سلول‌های خورشیدی تجزیه‌ وتحلیل شد. اثر پوشش های BSF و AR بر عملکرد سلول‌های خورشیدی با استفاده از AM 1.5 G انجام شد. سلول خورشیدی سیلیکونی با پوشش ARC و سلول BSF به ترتیب افزایش بازدهی در حدود 154 درصد و 77 درصد را در مقایسه با سلول‌های خورشیدی معمولی نشان دادند. علاوه بر این، سلول BSF سبب بهبود 43٪ در کارایی سلول‌های خورشیدی Si شده، و در مقایسه سبب افزایش کارایی 5.9 درصد در سلول‌های خورشیدی SiO2 (AR) پوشش داده شده و بدون BSF Si . مدل طراحی‌شده نشان‌دهنده پتانسیل ترکیب پوشش SiO2 AR با BSF در بهبود راندمان و کاهش هزینه سلول‌های خورشیدی Si است.

مقدمه

شبیه‌سازی سلول‌های خورشیدی به درک و بهینه‌سازی مکانیسم‌های فیزیکی پیچیده بکار رفته در دستگاه‌های فتوولتائیک (PV) کمک می‌کند. و طراحی سریع‌تر و همراه با خواص بالاتر سلول‌های خورشیدی را امکان‌پذیر می‌سازد. هدف از این مقاله، شبیه‌سازی مدل‌ سلول‌های خورشیدی Silvaco- TCAD است. و امروزه شبیه‌سازی Silvaco- TCAD به یک ابزار ضروری در طراحی و تجزیه‌و تحلیل خواص الکتریکی و نوری سلول‌های خورشیدی تبدیل شده است. سطح جذب کمتر سیلیکون خالص می‌تواند باعث کاهش نرخ تولید فوتون و درنتیجه کاهش بازده کلی سلول خورشیدی سیلیکونی شود. این عیب را می‌توان با استفاده از یک پوشش ضد انعکاسی (ARC) به حداقل رساند. از سوی دیگر، ترکیب مجدد (نوترکیبی) نیز نقش حیاتی در کاهش بازده سلول‌های خورشیدی ایفا می‌کند. یک میدان سطح تماس قادر به کاهش سرعت نوترکیبی (SB) با تبدیل آن به یک سرعت نوترکیبی مؤثر (Seff) در لبه اتصال BSF است. عواملی که به بهبود بهره‌وری سلول‌های خورشیدی کمک می‌کنند عبارتند از نوع ماده، طراحی ساختار سطح مورد استفاده، غلظت مواد، جذب نور سطحی و زیرسطحی است. شبیه‌ساز Silvaco TCAD مورداستفاده در این پژوهش شامل دو بخش اصلی ATHENA و ATLAS است. ATHENA در طراحی ساختار سلول‌های خورشیدی مشارکت می‌کند درحالی‌که ATLAS مسئول تولید نتایجی مانند بهره‌وری سلول‌های خورشیدی است. شبیه‌سازی‌های دستگاه ATHENA و ATLAS توسط یک موسسه بین‌المللی توسعه داده شد و به‌عنوان یک ابزار در مدل‌سازی سلول‌های خورشیدی استفاده شد. این مطلب می‌تواند به درک و بینش کلی از مکانیسم فیزیکی داخلی مرتبط با عملیات دستگاه و برآورد رفتار الکتریکی ساختارهای نیمه‌هادی کمک کند. بر اساس ساختار مجازی یک سلول خورشیدی، ATLAS می‌تواند ویژگی‌های الکتریکی را استخراج کند. بعد از تکمیل شبیه‌سازی، طیف گسترده‌ای از خروجی ها شامل نرخ تولید فوتون، پاسخ طیفی، جریان- ولتاژ و راندمان‌های کوانتومی در اختیار طراح سلول‌های خورشیدی قرار می گیرد. هدف از این مطالعه بررسی پوشش‌های ضد انعکاس (ARC) و اثرات میدان سطح تماس بر بازده و واکنش طیفی سلول‌های خورشیدی سیلیکونی است. به علاوه، در این تحقیق ترکیبی از ARC با یک سلول BSF به ‌منظور افزایش بهره‌وری یک اتصال N-P سیلیسیوم در سلول‌های خورشیدی مورد تجزیه ‌و تحلیل قرار گرفته است.
کل این آمار و ارقام از یک مدل دوبعدی و عکس‌ فوری یک سلول‌ خورشیدی استخراج شده است که گویای ساختار این نوع سلولهاست و اطلاعات ارزشمندی از پراکندگی پارامترهای مختلف در سراسر سلول فراهم می‌کند.

 شکل بالا نشان‌دهنده ساختار سلول‌های خورشیدی با ARC است درحالی‌که سلول‌های خورشیدی بدون ARC در شکل زیر نشان داده ‌شده‌اند.

 TONYPLOT خطوط مختلفی از نرخ نوترکیبی سلول‌های خورشیدی شبیه‌سازی‌شده را در شکل‌ زیر نشان داده است.

 

 مشاهده شد که حداقل نرخ نوترکیبی در سلول‌های خورشیدی BSF است درحالی‌که حداکثر نرخ نوترکیبی در سلول با ARC-BSF مشاهده شد. نرخ نوترکیبی پایین‌تر با توجه به BSF، سبب ایجاد سرعت نوترکیبی پایین و درنتیجه افزایش جریان اتصال کوتاه (ISC) می شود. همچنین با کاهش جریان نوترکیبی ولتاژ مدارباز افزایش می‌یابد. شبیه‌سازی همچنین برای تجزیه‌وتحلیل پاسخ طیفی سلول‌های خورشیدی با ARC و بدون ARC استفاده می‌شود. پاسخ طیفی سلول‌های خورشیدی با ARC و بدون ARC تحت AM1.5 در شکل زیر نشان داده شده است.

 

متناظر با این نتایج، افزایش راندمان سلول‌های خورشیدی Si در درجه اول به جریان اتصال کوتاه نسبت داده می‌شود که دلیل آن کاهش تلفات نوری از سطح سلول‌های خورشیدی و کاهش جریان نوترکیبی و سرعت  واکنش طیفی  سلول‌های خورشیدی ازنظر بهره‌وری کوانتومی است که در شکل زیر نشان داده شده است. افزایش بهره‌وری کوانتومی نشان‌ می دهد که سلول‌های خورشیدی BSF با ARC دارای حداکثر بهره‌وری نسبت به سلول‌های خورشیدی بدون BSF هستند.

 

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی

از شبیه‌ساز Silvaco TCAD برای طراحی و شبیه‌سازی سلول‌های خورشیدی با ARC، بدون ARC و ARC با BSF استفاده می‌شود. مقایسه ها بر اساس سیستم فتوولتائیک سلول‌های خورشیدی استخراج شده است و موردبررسی قرار گرفته است. بهره‌وری سلول‌های خورشیدی BSF-SiO2 بهتر از سلول‌های خورشیدی بدون BSF است. ویژگی‌های جریان- ولتاژ نشان می دهد که BSF به‌طور قابل‌توجهی بر ولتاژ مدارباز سلول‌های خورشیدی مونو کریستال تأثیر می‌گذارد. پاسخ نوری نشان می دهد که پوشش AR به‌طور قابل‌توجهی جریان اتصال کوتاه سلول‌های خورشیدی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در مدل‌های شبیه‌سازی شده تاثیر بالقوه ترکیب پوشش SiO2 و AR با BSF در بهبود راندمان بالا، و کاهش هزینه سلول‌های خورشیدی Si ارائه می­ شود.

 

منبع:

 

1-H. Ahmad, S. Hussain, TCAD design of InGaN-based monolithic multi-wavelength LED with controlled power spectral distributions, Opt. Int. J. Light

Electron Opt. 126 (2015) 3140–3144.

2-S. Xiao, S. Xu, High-efficiency silicon solar cells—materials and devices physics, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 39 (2014) 277–317.

یک دیدگاه