31713

طراحي و شبيه‌سازي سلول خورشيدي با بازدهي بالا مبتني بر تطبيق طيفي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق - افزاره‌هاي ميكرو و نانوالكترونيك

1397

1397/10/01

دكتر جمشيد فريبرز

-

مهندسي برق

نياز روزافزون بشر به منابع انرژي و محدوديت‌ها و اثرات زيست محيطي منابع فسيلي موجود، سبب افزايش گرايش به سمت استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير شده است. گونه‌هاي مختلف انرژي حاصل از خورشيد، از جمله اين منابع تجديدپذير هستند. در اين ميان مطالعات گسترده‌اي روي سلول‌هاي خورشيدي به منظور دستيابي به سلول‌هاي ارزان و مقاوم با بازدهي بالا صورت گرفته است. در اين پايان‌نامه، ابتدا ضمن بررسي محدوديت‌هاي بازدهي در يك سلول‌ خورشيدي تك‌پيوندي، به بررسي روش‌هاي گوناگون افزايش بازدهي در سلول‌هاي خورشيدي و پژوهش‌هاي صورت گرفته در اين حوزه خواهيم پرداخت. سپس تطبيق طيفي را به‌عنوان روشي مؤثر در افزايش بازدهي سلول‌هاي خورشيدي، مورد بررسي قرار خواهيم داد. در سلول‌هاي چندپيوندي، هدف تطبيق ساختار با طيف فرودي است؛ در حاليكه در روش‌هاي مبتني بر تبديل فركانسي فوتون، با استفاده از لايه‌هاي نوري نصب شده در بالا يا پايين سلول، به دنبال تطبيق طيف فرودي با ساختار هستيم. در نهايت ضمن بررسي و شبيه‌سازي ساختارهاي مختلف، ساختاري مبتني بر يك سلول تك‌پيوندي c-Si به همراه يك لايه تبديل به پايين فوتون و نيز يك لايه نازك دي اكسيد سيليكون، قرار داده شده در وجه بالايي سلول و يك بازتاب كننده پشتي بافتي شده، قرار داده شده در وجه زيرين سلول، معرفي مي‌گردد. نتايج شبيه‌سازي‌ها تحت تابش استاندارد AM1.5، بازدهي برابر 46/21% را براي اين ساختار نشان مي‌دهد كه نسبت به بازدهي 3/15% براي سلول مرجع تك‌پيوندي ساده c-Si، افزايش حدود 40% را نشان مي‌دهد. از سوي ديگر، چگالي جريان اتصال كوتاه از mA/cm233/30 به mA/cm267/51 و ولتاژ اتصال كوتاه از V6/0به V 68/0 افزايش يافته است.

1403/09/11

Design and Simulation of a High Efficiency Solar Cell Based on Spectral Matching

1/1/1900 12:00:00 AM

The escalating global energy demand, juxtaposed with the finite nature and environmental consequences of fossil fuels, has spurred a paradigm shift towards renewable energy sources. Solar energy, in its myriad forms, has emerged as a promising alternative. Consequently, there has been a surge in research endeavors focused on developing solar cells characterized by affordability, durability, and elevated efficiency. In this thesis, we first examine the efficiency limitations of a single-junction solar cell and then explore various methods to enhance the efficiency of solar cells, along with the research conducted in this field. Subsequently, spectral engineering is investigated as an effective method to improve the efficiency of solar cells. In multi-junction cells, the goal is to match the device structure to the incident spectrum; whereas, in frequency conversion-based methods, by using optical layers placed above or below the cell, we seek to match the incident spectrum to the device structure. Finally, after investigating and simulating various structures, a structure based on a c-Si single-junction cell, along with a downward photon conversion layer and a thin layer of silicon dioxide placed on the top surface of the cell, and a textured back reflector placed on the bottom surface of the cell, is introduced. Simulation results under standard AM1.5 illumination show an efficiency of 21.46% for this structure, which represents a nearly 40% increase compared to the efficiency of 15.03% for a simple c-Si single-junction reference cell. Moreover, the short-circuit current density increased from 30.33 mA/cm² to 51.67 mA/cm², and the open-circuit voltage increased from 0.60 V to 0.68 V.

بازدهي سلول خورشيدي , تطبيق طيفي , سلول‌ خورشيدي چندپيوندي , تبديل فركانسي فوتون , بازتاب كننده پشتي

Solar cell efficiency , Spectral engineering , Multi-junction solar cell , Photon frequency conversion , Back reflector

Hassan Semyari

Dr. Jamshid Fariborz