18852

۱۸۸۵۲

شبيه سـازي تأثير استفاده از نانو - ميكرو آرايه ي كروي بر رفتار بازتابندگي لايه ي ضدبازتاب مورد كاربرد در سلول خورشيدي CIGS

ﮐﺎرﺷﻨﺎﺳﯽ ارﺷﺪ

فوتونيك

بهمن ماه ۱۳۹۶

دكتر فاطمه دباغ كاشاني

دكتر سيد محمد ميركاظمي

فيزيك

امروزه انرژي خورشيدي به دلايل گوناگون از جمله پاك بودن، در دسترس بودن، و عملاً پايان ناپذير بودن، به عنوان جايگزيني براي سوخت¬هاي فسيلي مورد توجه زيادي قرار گرفته است. ابزار استخراج انرژي الكتريكي از تابش خورشيدي، سلول‌هاي خورشيدي هستند كه به¬وسيله‌ي پديده‌ي فوتوولتائيك، نور خورشيد را به جريان الكتريكي تبديل مي¬كنند. اما از چالش‌هاي عمده‌ي سلول‌هاي خورشيدي، مديريت فوتون¬ها به¬منظور افزايش جذب نور خورشيد و تبديل انرژي آن به انرژي الكتريكي در سلول خورشيدي است، زيرا بالا بودن ميزان بازتاب سلول¬هاي خورشيدي به¬خاطر استفاده از مواد نيم¬رسانا با ضريب شكست بالا در ساخت آنها باعث كاهش بازده سلول مي‌شود. براي كاهش بازتاب و افزايش بازده، از لايه‌هاي ضدبازتاب استفـاده مي‌شود كه داراي انواع مختلفي هستند. لايه¬ي ضدبازتاب چشم پروانه¬اي يكي از انواع لايه‌هاي ضدبازتاب است كه ساختار آن از ساختار چشم حشرات شب¬فعال الهام گرفته شده است. در كار حاضـر بهينه¬سازي لايه‌ي ضدبازتاب چشم¬پروانه‌اي با استفاده از شبيه¬سازي كامپيوتري بررسي شده است، كه متشكل از آرايه‌هاي كروي از جنس Al:ZnO بوده و بر روي سطح سلول خورشيدي فيلم نازك CIGS قرار گرفته است. براي انجام شبيه‌سازي از نرم افزار لومريكال استفاده شده است كه در حال حاضر يكي از قدرتمندترين نرم‌افزارهاي تجاري در اين زمينه بوده و معادلات ماكسول را به¬صورت عددي با روش تفاضل محدود در حوزه¬ي زمان حل مي¬كند. مراحل انجام كار بدين صورت است كه آرايه‌اي منظم از كره‌هايي با جنس Al:ZnO بر روي سطح سلول خورشيدي قرارگرفته و شعاع، خروج از مركز، ثابت شبكه، ضخامت پوسته و زاويه‌ي تابش براي گستره‌ي طول‌موجي 310 تا 900 نانومتر، با گام¬هاي معين تغيير داده شده و ضريب بازتاب و انرژي نسبي رسيده به لايه‌ي فعال سلول خورشـيدي با تغيير هر يك از پارامترهاي فـوق، ثبت شـده است. از مقـايسـه‌ي نمـودارهـاي به¬دسـت آمـده مشخـص مي¬شود كه استفاده از بيضي¬گون¬هايي با شعاع قاعده¬ي 120 نانومتر و ثابت شبكه‌ي 330 نانومتر و خروج از مركز 7/0، به¬طور متوسط باعث كاهش ضريب بازتاب تا 7 درصد نسبت به سطح بدون پوشش شده و انرژي نسبي رسيده به لايه‌ي فعال سلول خورشيدي را نيز تا 3 درصد افــزايش مي¬دهد كه اين امر مي¬تواند موجب افزايش بازده سلول خورشيدي شود. واژه‌هاي كليدي: سلول خورشيدي، لايه¬ي ضدبازتاب، شبيه¬سازي كامپيوتري، لومريكال

1397/02/30

5/16/2018 12:00:00 AM

Due to the expiration of fossil fuels and the pollution and damage to the environment, as well as the problems and deficiencies that other sources of energy have, such as wind, hydro, nuclear, etc. using alternative energy sources is essential. In recent years, solar energy has been a source of great interest for a variety of reasons such as cleanliness, availability, and virtually endlessness. The tools for extracting electrical energy from solar radiation are solar cells transforming sunlight into electrical current by the photovoltaic phenomenon. But one of the main challenges of solar cells is photon management to maximize absorption and converting their energy into electrical energy in a solar cell. The high reflection of solar cells due to the use of semiconductor materials with high refractive index in their structure, reduces the solar cells efficiency. In order to reduce the reflection and increase the efficiency, anti-reflective layers are used that have different types. In the present work, the optimization of the moth-eye anti-reflective layer, which consists of spherical arrays with different geometric characteristics and is located on a chalcopyrite thin film solar cell surface, was investigated using computer simulation. For simulation, the Lumerical has been used, which is currently one of the most powerful commercial software in this field and solves the Maxwell equations numerically by FDTD method. the work steps are such that the regular array of spheres of Al:ZnO are placed on the solar cell surface, and the radius, eccentricity, lattice constant, shell thickness and the angle of incidence are changed with certain steps for a wavelength range of 310 to 900 nm, and the reflection coefficient and the relative energy reached to the solar cell active layer have been recorded by changing each of the parameters above. The Comparison of the obtained graphs shows that using ellipticals with radius of 120nm, the lattice constant of 330nm and an eccentricity of 0.7, would, on average, reduce the reflection coefficient to 7% Relative to the surface without anti-reflection coating, and the relative energy reached to the solar cell active layer also increases by 3%. Keywords: solar cell, anti-reflection coating, computer simulation, Lumerical