17854

17854

طراحي و شبيه سازي سلول خورشيدي سيليكون بلورين مبتني بر نانوسيم هاي عمودي به منظور بهينه سازي مشخصات الكتريكي و نوري

كارشناسي ارشد

الكترونيك

دي ماه 1395

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

سلول¬هاي خورشيدي مبتني¬بر نانوميله¬هاي سيليكوني، به دليل خاصيت به¬دام اندازي منحصربه فرد نور و فرآيندهاي رشد ساده، جايگزيني اميدوار كننده براي سلول¬هاي حجيم مرسوم هستند. در اين پايان¬نامه مشخصات نوري و الكتريكي سلول¬هاي خورشيدي مبتني¬بر آرايه¬هاي زيگ¬زاگ سيليكوني را ارائه مي¬كنيم و عملكرد آن¬ها را با سلول¬هاي نانوميله نامتقارن و متقارن مرسوم مقايسه مي¬كنيم. مشخصه قدرتمند جذب سلول پيشنهادي خود را توسط روش سه بعدي و تمام ميداني ديفرانسيل محدود حوزه زمان شبيه¬سازي كرده¬ايم. سلول¬هاي زيگ¬زاگ، در مقايسه با آرايه¬هاي نانوميله متقارن 15% چگالي جريان اتصال كوتاه بهتري، حتي در زواياي بالا¬تر تابش، دارند. اين افزايش عملكرد به دليل محدود سازي نور در آرايه¬هاي زيگ¬زاگ، توسط افزايش مسير به¬دام اندازي پرتوهايي كه درون نانوميله محدود شده¬اند و هدايت موج¬هاي موجود در ناحيه بين ميله¬ها به درون زيرلايه و نانوميله، رخ مي¬دهد. با بهينه¬سازي عمق و غلظت ناخالصي¬ها در پيوند و بكارگيري هندسه پيوند مناسب، امكان افزايش چشم-گير بازدهي وجود خواهد داشت. نتايج براي يك سلول خورشيدي مبتني¬بر نانوميله¬هاي زيگ¬زاگ بهينه شده با پيوند شعاعي p-n، بازدهي 6.9% را نمايش مي¬دهد كه 10% از سلول نانوميله نامتقارن عملكرد بهتري دارد. با اضافه كردن يك ميان لايه ذاتي به پيوند كه منجربه كاهش بازتركيب سطحي در پيوندگاه شده و كيفيت پيوند را بالا مي¬برد، بازدهي براي پيوند محوري و شعاعي p-i-n به 7.3% و 7.8% مي¬رسد. بعلاوه بازدهي سلول¬هاي خورشيدي نانوميله زيگ¬زاگ با جنس GaAs و InP نيز بررسي شده است. بازدهي سلول نانوميله زيگ¬زاگ GaAs با پيوند محوري p-i-n تحت تابش مستقيم 1 خورشيد، به 17.3% مي¬رسد كه يكي از بالاترين بازدهي¬هاي موجود با تكنولوژي¬هاي امروزي است.

1396/06/31

1/1/1900 12:00:00 AM

Silicon nanowire solar cells are promising alternatives for expensive conventional bulk solar cells due to their unique light trapping properties and easy growth processes. Here we represent optical and electrical characteristics of a silicon asymmetric based nanowire solar cell with zigzag architecture arrays, and compare its performance with symmetric and asymmetric nanowire solar cells. We describe the strong optical absorption of our proposed design by finite-difference time domain simulations. Zigzag arrays show 15% enhancement in short current density, even in different angles of incident light, compared to cylindrical nanowires. This improved performance is due to efficient light confinement of zigzag nanowire arrays by increasing light trapping path for waves that are trapped inside the nanowires and conducting the waves that located in free space into the nanowires and substrate. By optimizing the junction depth and dopant concentration and applying proper junction geometry, it is possible to extremely enhance the conversion efficiency of nanowire solar cells. Results for a non-optimal radial (p-n) zigzag nanowire solar cell, show 6.9% efficiency which is 10% higher than an asymmetric nanowire solar cell, in similar conditions. But, by adding an intrinsic interlayer to the junction, which results in reduction of surface recombination between p and n type semiconductors and improving junction performance, the efficiency increases to 7.3% and 7.8% for axial and radial (p-i-n) zigzag array nanowire solar cells, respectively. In addition, GaAs and InP zigzag array nanowire solar cells performances were represented. The axial p-i-n GaAs cell shows 17.3% conversion efficiency under 1sun illumination, which is one of the highest records for today’s nanowire solar cell technologies.