تحلیل و طراحی سلول های خورشیدی لایه نازک cds/cdte با بازدهی بالا
چکیده
موضوع این رساله در زمینه آنالیز و طراحی سلول های خورشیدی لایه نازک cds/cdte با بازدهی بالا می باشد. در فصل اول، به مروری از انرژی های تجدیدپذیر، به ویژه انرژی فوتوگرمایی و انرژی فوتوولتایی نور خورشید و نسل های اول تا سوم سلول های خورشیدی فوتوولتایی پرداخته شده است. در این فصل، بازدهی، مزایا، و معایب هر یک از این نسل ها به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم، ساختار سلول های خورشیدی cds/cdte به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. در این فصل به تعریف پارامترها و روش های مختلف لایه نشانی این نوع سلول ها پرداخته شده است. هم-چنین، به مرور جامعی از تحقیقات صورت گرفته توسط محققان دیگر که در زمینه افزایش بازدهی سلول های خورشیدی cds/cdte صورت گرفته است، پرداخته شده است. در فصل سوم تا پنجم، کارهای انجام گرفته در این رساله ارائه شده است. در ابتدا، یک ساختار تجربی در نظر گرفته شد و با استفاده از نرم افزار سیلواکو و پارامترهای عملی، نتایج تجربی با درصد خطای کمی به دست آورده شد. بنابراین انتظار می رود هرگونه بهبود در ساختار شبیه سازی شده، در عمل نیز تا حد زیادی قابل حصول باشد. سپس در این ساختار از استراتژی ناخالص سازی پله ای در لایه جذب کننده استفاده گردید؛ که نتیجه این امر، ایجاد یک میدان الکتریکی داخلی در لایه جذب کننده و عبور سریع تر حامل ها از این لایه می باشد. در نتیجه این عمل، بازترکیب کاهش و بازدهی افزایش می یابد. در ادامه، از یک لایه سپر میدان پشتی (bsf) در انتهای سلول استفاده گردید؛ که نتیجه این عمل، برگشت الکترون ها از فصل مشترک cdte/znte می باشد؛ که در نتیجه، بازترکیب در انتهای سلول کاهش پیدا کرده و بازدهی افزایش می یابد. در ادامه، ضخامت cdte کاهش و ضخامت لایه znte افزایش داده شد تا از جذب این لایه در خارج از بازه طول موجی در منحنی بازدهی کوانتومی سلول خورشیدی نیز استفاده شود؛ ضمن این که همزمان از استراتژی ناخالص سازی پله ای نیز استفاده گردید. سپس طول عمر حامل های اقلیت در لایه جذب کننده تغییر داده شد و اثرات آن بر روی پارامترهای سلول بررسی گردید. در این بخش، با استفاده از استراتژی ناخالص سازی پله ای، بهینه سازی ساختار و تغییر طول عمر حامل ها، بازدهی سلول تا 5/85 درصد افزایش پیدا کرد. در ادامه، جهت استفاده از آرایش سلول به صورت فوق نازک، از مرجع دیگری استفاده گردید. به این صورت که لایه cdte تا حد امکان نازک در نظر گرفته شد و سپس از یک لایه znte نازک به عنوان bsf در انتهای سلول جهت برگشت حامل ها به عقب استفاده گردید. در ادامه، یک بازتاب دهنده براگ توزیع شده (dbr) طراحی گردید که دارای انعکاس بسیار بالا و جذب بسیار پایین در بازه طول موجی در منحنی بازدهی کوانتومی سلول بود. نتیجه کاربرد dbr در انتهای سلول، کاهش تلفات جذب ذاتی در اتصال پشتی و برگشت دوباره نور به داخل سلول جهت تولید حامل می باشد. سپس همانند قبل، طول عمر حامل ها در لایه جذب کننده تغییر داده شد. با استفاده از استراتژی های مختلف جهت بهبود بازدهی سلول خورشیدی cds/cdte در این بخش، بازدهی تا 6/02 درصد افزایش پیدا کرد.