25265

طراحي، شبيه سازي و بهينه سازي سلول هاي خورشيدي CIGS با ساختاري نوين به منظور بهبود پارامترهاي الكتريكي و نوري

كارشناسي ارشد

مهندسي برق-افزاره هاي ميكرو و نانو الكترونيك

1400

1400/04/09

دكتر شهرام محمد نژاد

مهندسي برق

مواد چالكوجنايد يكي از لايه هاي جاذب سلول¬هاي خورشيدي لايه نازك هستند. اين مواد تركيبي از عناصر مس، اينديوم، گاليوم و سلنيوم بوده و شكاف انرژي در محدوده بهينه براي سلول¬هاي خورشيدي تك پيوندي را دارا هستند. در اين پايان نامه به طراحي و تحليل ساختارهاي نوين با هدف بهبود پارامترهاي فتوولتائيك سلول خورشيدي CIGS پرداخته شده است. ساختارهاي نوين پيشنهادي به نحوي است كه منجر به بهبود هم زمان بازدهي، ولتاژ مدار باز و چگالي جريان اتصال كوتاه شده است. استفاده از لايه هاي بافر جايگزين CdS، افزودن لايه هاي نازك مياني SnSe و BaSi2 بين لايه CIGS/Mo، استفاده از لايه هاي جاذب دوتايي و درجه بندي شكاف انرژي لايه جاذب از جمله ساختارهاي پيشنهادي است كه مورد تحليل و شبيه سازي قرار گرفته است. شبيه سازي ها نشان داد براي دستيابي به بازدهي بالاي 23 درصد مي¬توان از تركيبات ZnS، SnS2، ZTO، In2S3 به عنوان لايه بافر استفاده كرد. با افزودن لايه هاي نازك مياني BaSi2 ، SnSe بين لايه CIGS/Mo، كاهش قابل توجهي در تلفات بازتركيب (كمتر از mA/cm25) به دست آمد. با استفاده از لايه¬هاي فوق و پس از بهبود ساختار به صورت پيوند p+pn، به ترتيب بازدهي 27/74% ،27/88% و 28/24% حاصل شد. همچنين كاهش بازتركيب حامل¬هاي اقليت در اتصال پشتي در ساختارهاي پيشنهادي منجر به افزايش ولتاژ مدار باز به ترتيب معادل mV830، mV 835 و mV887 شد. در ادامه با كمك درجه¬بندي شكاف انرژي لايه جاذب كه موجب افزايش جذب فوتون مي¬شود¬، بازدهي 38/86% حاصل شد.

1400/07/03

Design, Simulation and optimization of CIGS solar cell with a new structure to improve electrical and optical parameters

1/1/1900 12:00:00 AM

Chalcogenides are one of the absorber layers of thin film solar cells. These materials are a combination of the elements copper, indium, gallium and selenium, and their band gap is in the optimal range for single solar cells. In this thesis, new structures have been designed and analyzed to improve the photovoltaic parameters of chalcogenide solar cells. The proposed structures are designed to simultaneously improve efficiency, open circuit voltage, and short-circuit current density. The use of CdS replacement buffer layers, the addition of CIGS and SnSe thin Intermediate layer between the absorber layer/back contact, the use of double absorber layers and the band gap grading of the absorber layer are among the proposed structures that are analyzed. The simulations showed that ZnS, SnS2, ZTO, In2S3 can be used as a buffer layer to achieve a efficiency above 23%. By adding CIGS and SnSe thin intermediate layer, between the absorber layer/back contact resulted in a significant reduction in recombination losses (less than 25 mA/cm2). Using the above layers and after improving the structure as a p+pn junction, effiency of 27.37%, 27.88% and 28.24% were obtained, respectively. Also, the reduction of recombination of minority carriers in the back contact in the proposed structures led to an increase in open circuit voltage equivalent to 807mV,835 mV and 887mV, respectively. Then, with the help of band gap grading of the absorber layer, which increases the photon absorption, the efficiency was 38.86%.

سلول خورشيدي لايه نازك، چالكوجنايد، بازتركيب، بازدهي، ولتاژ مدار باز، چگالي جريان اتصال كوتاه

Thin-film soalr cell; Chalcogenides; Recombination; Efficiency; Open-circuit voltage; Short circuit current density