21095

۲۱۰۹۵

طراحي و شبيه سازي سلول¬هاي خورشيدي لايه ‌نازك چالكوجنايد با استفاده از ساختارهاي مختلف لايه هاي بافر به‌منظور افزايش بازدهي

كارشناسي ارشد

الكترونيك

۱۳۹۵-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۴/۱۰

دكتر محمدنژاد

برق

ساختار جديدي از سلول خورشيدي لايه‌نازك چالكوجنايد با استفاده از برنامه شبيه¬ساز يك‌بعدي SCAPS مورد شبيه¬سازي قرارگرفته است. در اين پژوهش، علاوه بر بهينه‌سازي ساختار CZTS/CdS، ساختار CZTS/ZnMgO، و ساختارهاي مبتني بر لايه جاذب دوتايي CZTSSe/CZTS/CdS و CZTSSe/CZTS/ZnMgO پيشنهاد و تحليل‌شده است. افزايش ضخامت لايه جاذب به‌اندازه‌ي μm 3، موجب بهبود بازدهي، ولتاژ مدارباز و جريان اتصال كوتاه به ترتيب در حدود % 35، % 15 و % 15 شده -است. با اضافه كردن لايه جاذب CZTSSe در پايين لايه جاذب CZTS، بازدهي، ولتاژ مدارباز و جريان اتصال كوتاه به ترتيب در حدود % 60، % 30 و % 45 بهبوديافته ¬¬است. ضخامت بهينه¬ي لايه بافر در ساختار CZTSSe/CZTS/CdS و CZTSSe/CZTS/ZnMgO به ترتيب nm 150 و nm 125 است. با افزايش دما از K 300 تا K 400، پارامترهاي فتوولتائيك V_oc، J_sc، FF و η سيري نزولي دارند. بهينه‌ترين ساختار پيشنهادي CZTSSe/CZTS/ZnMgO هنگامي‌كه لايه بافر داراي ضخامت nm 50 مي¬باشد، زماني به دست مي¬آيد كه شكاف باند لايه¬هاي جاذب CZTSSe و CZTS و لايه بافر ZnMgO به ترتيب برابر eV 9/0، eV 5/1 و eV 48/3 باشد. همچنين در اين مقاله، بازدهي بالاي سلول خورشيدي لايه‌نازك مبتني بر CZTSSe، % 94/15= η براي سلول خورشيدي با لايه بافر CdS و % 77/15= η براي سلول خورشيدي با لايه بافرZn_0.8125 Mg_0.1875 O به‌دست‌آمده ¬است.

1398/07/08

Design and Simulation of Chalcogenide Thin Film Solar Cell using Different Buffer Layers

6/30/2020 12:00:00 AM

A new structure of kesterite thin-film solar cells was simulated by means of SCAPS. In addition to optimizing CZTS/CdS structure, the structure of CZTS/ZnMgO, as well as the structures based on dual-layer absorbers CZTSSe/CZTS/CdS and CZTSSe/CZTS/ZnMgO were suggested and analyzed. Increasing the absorber layer thickness by 3 μm would cause an improvement of about 35%, 15% and 15% in efficiency, open circuit voltage, and short circuit current respectively. Adding CZTSSe absorber layer beneath CZTS absorber layer would cause an improvement of about 60%, 30% and 45% in efficiency, open circuit voltage, and short circuit current respectively. Optimum buffer layer thickness in the structures of CZTSSe/CZTS/CdS and CZTSSe/CZTS/ZnMgO were respectively 150 nm and 125 nm. With an increase of temperature from 300 K to 400 K, photovoltaic parameters, VOC, JSC, FF, and η have a decreasing trend. The most optimal proposed structure for CZTSSe/CZTS/ZnMgO occurs when buffer layer has a thickness of 50 nm. This structure is achieved when the band gap of absorber layers CZTSSe and CZTS and buffer layer ZnMgO would be respectively 0.9 eV, 1.5 eV, and 3.48 eV. The present study achieved a high efficiency for CZTSSe-based thin-film solar cells. This efficiency for the solar cell with CdS buffer layer was η=15.94% and it was η=15.77% for the solar cell with 〖Zn〗_0.8125 〖Mg〗_0.1875 O buffer layer.