-
شماره ركورد
19344
-
شماره راهنما(اين فيلد مربوط به كارشناس ميباشد لطفا آن را خالي بگذاريد)
۱۹۳۴۴
-
پديد آورنده
مهران مين باشي
-
عنوان
مدل سازي و بررسي خواص الكتريكي لايه هاي نيمه رسانا در سلول هاي خورشيدي كلكوژن و كستريت
-
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
-
رشته تحصيلي
فيزيك حالت جامد
-
سال تحصيل
۹۶-۹۷
-
تاريخ دفاع
۱۳۹۷/۰۵/۱۵
-
استاد راهنما
دكتر امير حسين احمد خان كردبچه
-
استاد مشاور
دكتر نيما تقوي نيا
-
دانشكده
فيزيك
-
چكيده
در اين پايان نامه مدل سازي سلول هاي خورشيدي (CIGS(e و (CZT(S,Se با توجه به نسبت مواد به كار رفته در تركيب لايه جاذب اين دو نوع سلول با كدهاي محاسباتي اسكپس و كامسول انجام شده است.
در ابتدا، سلول خورشيدي (CIGS(e با لايه بافر CdS و SnS2 با نرم افزار SCAPS مدل سازي شد. با توجه به نتايج مدل سازي، SnS2 ماده اي بسيار مناسب جهت جايگزيني با ماده سمي CdS مي باشد. همچنين، عملكرد سلول خورشيدي (CIGS(e با لايه بافر SnS2 به اندازه سلول خورشيدي (CIGS(e با لايه بافر CdS مطلوب است، VOC در هر دو ماده تقريبا يكسان بوده اما JSC با جايگزيني CdS با SnS2 تا حدودي افزايش يافته است كه دليل اين امر كاهش سد انرژي (CBO) آفست نوار رسانش در مقابل الكترون ازeV ۰/۲۱ به eV ۰/۰۸ بوده است. در حالت جديد بازده تقريبا 14/2درصد افزايش يافته است.
در بخش بعدي سلول خورشيدي (CZT(S,Se كه مبتني بر نتايج آزمايشگاهي بود با كد محاسباتي اسكپس مدل سازي و منحني هاي چگالي جريان-ولتاژ، بازده كوانتومي و منحني چگالي بار بدست آمده، با نتايج تجربي مقايسه و منطبق شدند. نتايج نشان مي¬دادند نقص¬هاي(VZn(-,0 در لايه هايCZTS و CZTSe ، يا (CuZn(-,0 در لايه CZTSe بعنوان نقص پذيرنده، و(ZnCu(+,0 در لايه CZTSe بعنوان نقص دهنده در لايه جاذب (CZT(S,Se و ديفكت كلاستر CuSn+SnCu بوده¬اند. در ادامه اثر تغيير خمش نوار رسانش، تحرك الكتروني، چگالي الكترون و ضخامت لايه بافر در هر دو سلول خورشيدي ياد شده بررسي شد. اين بررسي¬ها باعث شدند تا چندين ماده نيمه رسانا بعنوان لايه بافر مناسب پيشنهاد شوند. كه در ادامه لايه بافر SnS2 كه در آزمايشگاه سنتز شده بود، مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج مدل سازي ها نشان مي دادند كه با جايگزيني لايه بافر SnS2 بجاي لايه بافر CdS، خمش نوار رسانش بين لايه بافر و جاذب از eV 28/0 به eV 21/0 كاهش يافته است و در نتيجه باعث بهبود چگالي جريان از mA/cm2 ۳۴/۹۸ به mA/cm2 ۳۵/۶۹ در سلول (CZT(S,Se مي شود، بطوريكه بازده آن نسبت به CdS تقريبا ۲/۱۹ درصد افزايش يافته است.
در آخر، سلول خورشيدي مبتني بر لايه نازك (CZT(S,Se را كه مبتني بر نتايج تجربي آزمايشگاهي بود براي دو نمونه با شماره هاي c06 و c09 كه بازده ۱۱/۶۲ و ۱۰/۳۳ را دارا بودند، با كد محاسباتي كامسول مدل سازي شدند. اثر پتانسيل اتصال جلو و در نهايت اثر سطوح نقص هايي كه در بازه گاف نواري سلول قرار دارند( با توجه به محاسبات DFT ) بررسي گرديد، نتايج حاكي از اين بودند كه مي توان با تغيير سطوح انرژي نقص¬ها، بگونه اي كه از تراز فرمي الكتروني لايه جاذب دور باشند و نيز با كم كردن چگالي حامل هاي نقص، به ماكزيمم بازده سلول هاي خورشيدي (CZT(S,Se دست پيدا كرد.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1397/06/24
-
عنوان به انگليسي
Modeling and studying the electrical properties of semiconductor layers in chalcogen and Kesterite solar cells
-
تاريخ بهره برداري
8/6/2018 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهران مين باشي
-
چكيده به لاتين
Simulation of CIGS(e) and CZT(S,Se) Solar cells with respect to the ratio of used materials in the absorber layer of these two types of cells is studied with scaps and comsol computional codes.
CIGS(e) solar cell with CdS and SnS2 buffer layers are initially simulated with Scaps code. According to the results from simulation, SnS2 is a very suitable material to be substituted by toxic CdS. In addition, it turns out that the function of CIGS(e) solar cells with buffer layer SnS2 is as efficient as CIGS(e) solar cells with buffer layer CdS. Voc is nearly the same for both material, however Jsc has been increased to same extent after replacing CdS by SnS2 which is due to the decrease of the energy barrier CBO versus electron from 0.21 ev to 0.08 ev. Efficiency has grown up to almost 2.41 percent in this new case.
CZT(S,Se) solar cells based on experimental results has been modeled with scaps codes in the next section and the obtained current density-voltage, Quantum efficiency and charge density curves have been compared and accommodated with experimental results. Results suggest that the main existing defects are VZn (−, 0) in CZTS and CZTSe or CuZn (-,0) in CZTSe as an acceptor defect, ZnCu(0, +) in CZTSe as a donor defect and CuSn+SnCu as a neutral defect.
The effect of charge in conduction band offse, electron mobility, density of electrons and thickness of buffer layer have been studied for both mentioned types of solar cells. Afterward these studied put same semiconductor materials forward for being used as suitable buffer layers. Among which SnS2 buffer layer that had been Synthesized in the lab become chosen for further assessments.
Results from modelings indicate that by substituting SnS2 buffer layer with CdS buffer layer, the flexibity of conduction band between buffer and absorber layers has been reduced from 0.28 ev to 0.21 ev which consequently has led to an increase in the current density from 34.98 mA/cm2 to 35.69 mA/cm2 in CZT(S,Se) cells, so that its efficiency has been improved for approximately 2.19 percent compared to CdS. Finally two samples of solr cells based on thin layer CZT(S,Se) with names C06 and C09 having efficiencies of 11.62 and 10.33 respectively according to experimental results have been modeled with comsol computional code.
The effect of front contact barrier potential and finally the influence of flowed layers that are in the range of cell’s band gap (according to DFT computions) has been studied. Results show that one can achive to the maximum efficiency of CZT(S,Se) solar cells by changing the energy levels of defects so that they lie far from the fermi level of absorber layer And also by reducing the density of defects.
-
لينک به اين مدرک :