23003

توسعه تئوري جامع توصيف رفتارهاي كوانتومي سلول هاي خورشيدي چندپيوندي و مهندسي پيوندگاه مشترك سيليكان بلور و نانو آمورف به منظور بهينه سازي خواص نوري و الكتريكي آن ها

دكتري تخصصي

الكترونيك

1393-1399

1399/08/10

دكتر محمد عظيم كرمي

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

در اين رساله ساختار جديدي از سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني كه شامل هر دو نوع پيوند همگون و ناهمگون مي¬باشد ارايه و مورد تحليل قرار مي¬گيرد. هدف از ارايه اين ساختار جديد، بهبود عملكرد سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني با پيوند ناهمگون متداول و هم-چنين كاهش حساسيت پارامترهاي خروجي سلول¬خورشيدي به نقص¬هاي سطح مشترك سيليكان بلور و آمورف مي¬باشد. سلول خورشيدي مورد مطالعه از يك زيرلايه سيليكاني نوع n با ضخامت 150 ميكرون بهره مي¬برد. در ساختار پيشنهادي يك لايه¬ نازك سيليكاني (p^+) بر روي سطح فوقاني زيرلايه و يك لايه سيليكاني (n^+) بر سطح زيرين زيرلايه نشانده و سپس بر روي سطح فوقاني به ترتيب لايه¬هاي سيليكان آمورف ذاتي و سيليكان آمورف با ناخالصي نوع p و بر روي سطح زيرين به ترتيب لايه¬هاي سيليكان آمورف ذاتي و سيليكان آمورف با ناخالصي نوع n نشانده مي¬شود. براي تحليل سلول¬خورشيدي ارائه شده، از اصل خنثي بودن بار الكتريكي در كل ساختار يك نيمه¬هادي و تحليل دياگرام باند انرژي استفاده شده و به صورت تحليلي نشان داده مي¬شود كه اضافه كردن اين لايه¬ها به ساختار سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني با پيوند ناهمگون منجر به افزايش ميدان و پتانسيل الكتريكي بر روي دو سطح فوقاني و زيرين زيرلايه شده كه نتايج آن كاهش قابل توجه حساسيت پارامترهاي خروجي به نقص¬هاي سطح مشترك، كاهش بازتركيب سطحي، افزايش ولتاژ مدار باز، افزايش ضريب پري و همچنين بهبود عملكرد سلول¬خورشيدي است. به گونه اي كه پس از بهينه سازي چگالي ناخالصي و ضخامت لايه هاي بافر، ولتاژ مدار باز، ضريب پري و بازدهي به ترتيب 38 ميلي ولت، 5.3 درصد و 1.7 درصد نسبت به سلول خورشيدي بدون لايه بافر افزايش يافته است. ساختار پيشنهادي بر روي سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني پيوند ناهمگون با اتصالات شانه¬اي شده از پشت اجرا و بررسي و نتايج مشابهي براي اين نوع از سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني حاصل شد به گونه اي كه علاوه بر كاهش حساسيت پارامترهاي خروجي سلول خورشيدي نسبت به نقص هاي سطح مشترك سيليكان بلور و آمورف با بهينه سازي لايه هاي بافر، ولتاژ مدار باز، ضريب پري و بازدهي به ترتيب 30 ميلي ولت، 7.4 درصد و 2.5 درصد نسبت به سلول خورشيدي بدون لايه بافر افزايش نشان داد. در اين رساله هم¬چنين اثرات كوانتومي لايه سيليكان آمورف ذاتي در سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني با پيوند ناهمگون بررسي مي¬شود و با ارائه يك مدل تحليلي به بازتوليد نتايج تجربي پرداخته مي¬شود. مدل تحليلي ارائه شده نشان مي¬دهد اثرات كوانتومي حامل¬ها درون لايه سيليكان آمورف ذاتي با ضخامت بسيار كم (كمتر از 5 نانومتر) مسؤل رفتارهاي غير¬خطي پارامترهاي خروجي سلول¬خورشيدي به ازاي اين ضخامت-هاي لايه سيليكان آمورف ذاتي هستند و با افزايش ضخامت اين لايه اثرات كوانتومي از بين رفته و رفتار پارامترهاي خروجي نسبت به ضخامت لايه ذكر شده، خطي مي¬شوند.

1399/10/18

Development of a comprehensive theory for describing the quantum behaviors of SHJ solar cells and engineering the a-Si/c-Si interfaces to optimize their optical and electrical properties

11/1/2021 12:00:00 AM

In this thesis, a novel silicon solar cell structure consisting of both hetero-junction and homo-junction at the front and back surfaces is presented and analytically studied. The purpose of incorporating these layers is to improvement of solar cell’s output parameters and reduce the solar cell’s output parameters sensitivity to a-Si:H/c-Si interface defect densities. A 150μm thick n-type c-Si is used as substrate, in the purposed structure a thin (p+)c-Si and a thin (n+)c-Si layers are used at front and back surfaces of (n)c-Si substrate respectively. Then on the front surface, (i)a-Si and (p)a-Si layers and on the back surface, (i)a-Si and (n)a-Si layers are deposited respectively. An analytical model based on charge neutrality principle and energy band diagram analysis is investigated to model investigated solar cell’s investigated structure , Using analytical model, it is demonstrated that (p+)c-Si buffer layer can reduce surface recombination velocity (SRV) and reduce sensitivity of open circuit voltage to interface defect density. Also using (n+)c-Si buffer layer, in addition to decreasing sensitivity of output parameters to interface defect density can increase open circuit voltage and efficiency…..

سلول خورشيدي سيليكاني با پيوند همگون- ناهمگون , نقص هاي سطح مشترك سيليكان بلور و آمورف , سيليكان آمورف , لايه هاي بافر سيليكاني

homo-hetero junction solar cell , a-Si/c-Si interface defect , amorphous silicon , silicon buffer layers