16779

16779

طراحي و شبيه سازي ساختاري نوين به منظور بهينه سازي پارامترهاي الكتريكي و نوري در سلول هاي خورشيدي CZT(S,Se)

كارشناسي ارشد

الكترونيك

آبان 1395

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

چكيده سلول¬هاي خورشيدي CZTSSe دسته¬اي از سلول¬هاي لايه¬نازك هستند كه قابليت¬هاي خوبي براي جايگزيني انواع CIGS و CdTe از خود نشان داده¬اند. بازدهي پيشرو اين سلول¬ها %6/12 بوده كه با استفاده از روش¬هاي محلولي و با حلال¬هاي هيدروزيني به ثبت رسيده است. در فصل اول اين پايان¬نامه، پس از معرفي انرژي خورشيدي و اهميت آن، با تمركز روي سلول¬هاي خورشيدي لايه¬نازك، زمينه براي تحليل و بررسي دسته كستريت¬ها (CZTS، CZTSe و CZTSSe) فراهم مي¬شود. در فصل دوم، خواص مختلف كستريت¬ها اعم از ساختار، مواد، روش¬هاي ساخت، نقص¬ها و فناوري¬ها را بررسي مي¬كنيم. محدوديت اساسي اين دسته از سلول¬ها در افزايش بازدهي، بالا بودن نرخ بازتركيب در مرز¬هاي اطراف لايه¬ جاذب مي¬باشد كه به شدت ولتاژ مدار باز را تحت تاثير قرار مي¬دهد. در فصل سوم، پس از معرفي فرايند طراحي شكاف باند درجه¬بندي شده، كاهش بازتركيب و به دنبال آن افزايش پارامترهاي خروجي سلول خورشيدي با بهره¬گيري از اين خاصيت را در دستور كار قرار مي¬دهيم. با¬ ارائه ساختار پيشنهادي سلول خورشيدي CZTSSe در فصل چهارم، شبيه¬سازي¬ها براي رسيدن به ضخامت بهينه، انتخاب شكاف باند مبنا و طراحي مدل نهايي شكاف باند به عنوان عامل اصلي بهبود بازدهي را انجام مي¬گيرد. نتايج شبيه¬سازي نشان مي¬دهد كه استفاده از دو ناحيه يكنواخت با شكاف باند 1.3 eV در دو انتهاي جاذب براي كنترل بازتركيب مفيد مي¬باشد كه البته تفاوتهايي ميان اين نواحي وجود دارد. به عبارت ديگر، حفظ چگالي جريان در عين افزايش ولتاژ مدار باز همواره بايد مد نظر قرار گيرد. براي غلبه بر اين موانع، مدل پيشنهادي نهايي براي شكاف باند لايه جاذب كه Inside Graded نام دارد در دوحالت ايده¬آل و شبه عملي معرفي مي¬شود كه اين دو مدل به ترتيب به بازدهي¬هاي %92/16 و %56/16 منجر مي¬شوند. در پايان، فصل پنجم شامل روند پيشرفت پايان¬نامه و جمع¬بندي مباحث مي¬باشد كه در آن نتايج مورد تحليل و مقايسه قرار مي¬گيرند. واژه‌هاي كليدي: سلول خورشيدي CZT(S,Se)، كستريت¬ها، بهبود بازدهي، مهندسي شكاف باند، درجه¬بندي شكاف باند.

1395/12/07

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: CZTSSe solar cells are a subgroup of thin film technologies an​d have good capability to replace CIGS an​d CdTe absorber layer. The world record efficiency of these cells is about 12.6% which is yielded from hydrazine based solution processes. Firstly, solar energy an​d its advatages are introduced to provide adequate support for kesterite based solar cells (CZTS, CZTSe, CZTSSe) assessment. Different properties of kesterite based solar cells are studied in second chapter. High recombination rate in absorber layer boundries is the most important issue against efficiency improvement. After discussing on graded bandgap structures in the third chapter, it is used to decrease recombination rate an​d thus improve solar cell’s output parameters. Then, using a proposed structure for CZTSSe solar cell, simulations are done in chapter four in order to find the basic bangap, optimum thickness of essential layers an​d designing final model for absorber layer. It is showed that applying 1.3 eV bandgap in both ends of CZTSSe absorber layer is very helpful for recombination controlling, but there are som diffrences in each end. In other words, maintaining current density together with Voc increses are the important points during bandgap grading. The final Inside Graded model is introduced in two ideal an​d quasi-practical forms which respectively resulted in 16.92% an​d 16.56% power conversion efficiencies. Finally, thesis total structure an​d conclusion of results are included in chapter five. Keywords: CZT(S,Se) solar cells, Kesterites, efficiency improvement, bandgap engineering, bandgap grading.