25731

افزايش بازدهي سلول‌هاي خورشيدي مبتني بر نانو‌سيم‌هاي سيليكوني

كارشناسي ارشد

مهندسي برق

1397

31/6/1400

جمشيد فريبرز

مهندسي برق

در سلول‌هاي خورشيدي به اين دليل از نانوسيم‌ها استفاده مي‌شود كه وجود نانوسيم‌ها باعث كاهش ميزان بازتاب و افزايش قابليت به تله انداختن نور مي‌شود. با كم بودن طول نانوسيم‌ها اين امر كاهش پيدا كرده و عملكرد سلول به سلول‌هاي مسطح نزديك‌تر مي‌شود. از طرف ديگر افزايش بيش از حد طول نانوسيم‌ها مسير را براي جمع‌آوري حامل‌ها طولاني كرده و باعث بالا رفتن احتمال بازتركيب مي‌شود. در همين راستا در اين پژوهش مناسب‌ترين طول براي نانوسيم‌هاي سيليكوني در كاربرد سلول‌ خورشيدي به ميزان 1 ميكرومتر بدست آمده‌است. از جنبه ديگر ضخامت لايه‌هاي p و i كه سلول چند پيوندي ما را مي‌سازند نيز اهميت خاص خود را دارد چرا كه ميزان ناحيه فعال سلول به اين دو لايه وابسته است. با توجه به شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته ضخامت بهينه براي اين دو لايه 15 نانومتر بوده كه 10 نانومتر آن را لايه i و 5 نانومتر ديگر را لايه p تشكيل مي‌دهد. يكي از مهم‌ترين عوامل تاثير‌گذار بر بازدهي سلول‌ها، ميزان ناخالصي موجود در دو لايه p و n‌ مي‌باشد كه نقش مهمي را در ميزان ميدان الكتريكي موجود در ناحيه تخليه بازي مي‌كند. اما بايد در نظر داشت كه افزايش بيش از حد ناخالصي نيز نقص‌هاي ساختار را افزايش داده كه امكان بازتركيب را بالا مي‌برد. بهينه‌سازي ميزان ناخالصي اين دو لايه باعث افزايش بازدهي سلول تا 3 درصد شده‌است كه اين ميزان بهينه، 〖10〗^15 (1⁄〖cm〗^3 ) براي لايه n و 〖10〗^18 (1⁄〖cm〗^3 ) براي لايه p مي‌باشد. در مرحله پاياني شعاع نانوسيم‌ها و نوع الكترود‌ها نيز مورد بررسي قرار گرفتند كه به طور كلي مي‌توان گفت كه شعاع نانوسيم‌ها تاثير زيادي نداشته اما با توجه به نتايج، شعاع 50 نانومتر يك مقدار بهينه در بازه 10 تا 350 نانومتر مي‌باشد. نوع الكترود‌ها نيز تاثير به سزايي در عملكرد سلول‌ها دارا مي‌باشند. الكترود‌هاي شبكه‌اي نه تنها سطح كم‌تري را نسبت به الكترود‌هاي مرسوم پوشش مي‌دهند بلكه مسافت كم‌تري را نيز براي جمع‌آوري حامل‌ها ايجاد مي‌كنند چرا كه تقريبا در همه جاي سطح پخش شده‌اند. در نهايت براي معرفي يك سلول خورشيدي مبتني بر نانوسيم‌هاي سيليكوني در حالت بهينه از نظر ساختار و شكل هندسي مي‌توان گفت كه سلولي با طول نانوسيم‌هاي 1 ميكرومتر، شعاع هسته 50 نانومتر، لايه سيليكوني نوع p با ضخامت 5 نانومتر و ميزان ناخالصي 〖10〗^18 (1⁄〖cm〗^3 )، لايه سيليكوني ذاتي با ضخامت 10 نانومتر و هسته نوع n با ميزان ناخالصي 〖10〗^15 (1⁄〖cm〗^3 ) به همراه الكترود‌هاي شبكه‌اي مي‌باشد.

1400/09/22

Efficiency enhancement of silicon nanowire solar cells

9/22/2022 12:00:00 AM

The nanowires are used to increase light trapping and decrease reflecting of solar cells. The dimensions and doping are two effective parameters for the enhancing of solar cells. The dimensions are divided to length and radius of nanowires and the thickness of layers. In this research all of these parameters are investigated simultaneously to achieve the most optimal silicon nanowire. Because the different parts of device have been changed and for each changes, a new sample was needed, the simulation has been used to reduce expenditures and time of tests. Finally, the most optimal nanowire has been achieved with length of 1um, radius of 150nm, the thickness of p and i-type layer of 5nm and 10nm, and the doping scale of 〖10〗^15and 〖10〗^18for n and p-type silicon.

نانوسيم , سلول خورشيدي , بازتركيب , الكترود شبكه اي

Solar cell , recombination , nanowire , micro-grid