0
  1. شما اینجا هستید:  
  2. صفحه اصلی
  3. تارنگار
  4. شبیه سازی سلول خورشیدی لایه نازک با استفاده از نرم افزار سیلواکو (Silvaco)

شبیه سازی سلول خورشیدی لایه نازک با استفاده از نرم افزار سیلواکو (Silvaco)

در سلول های خورشیدی تک پیوندی یا چند پیوندی، با قرار گرفتن نیمه هادی‌های نوع  n در کنار نیمه هادی نوع p   اتصال پیوندی p-n تشکیل می‌شود. در این حالت، الکترون‌ها از سمت ناحیه n  به سمت نیمه هادی نوع p رفته و حفره‌ها نیز در جهت عکس حرکت الکترون‌ها حرکت می‌کنند. در مرز اتصال بین این دو نیمه هادی، ناحیه تخلیه به وجود می‌آید که خالی از حامل های الکتریکی است. در این حالت در لبه مرز در سمت نیمه هادی نوع n، اتم‌ها الکترون‌های خود را از دست داده‌اند و یون‌های مثبت تشکیل شده است. در سمت p نیز با انتقال حفره‌ها، یون‌های منفی به جا مانده‌اند، بنابراین یک میدان الکتریکی بین یون‌های مثبت و منفی بوجود می‌آید. بزرگتر شدن این ناحیه در اثر عوامل مختلف، مانع از انتقال بیشتر حامل‌های جریان می‌شود.

 پیوندگاه pnدر سلول خورشیدی لایه نازک

همانگونه که از شکل بالا پیداست، با تابش نور به ساختار، زوج الکترون و حفره‌هایی که تولید شده‌اند از طریق میدان الکتریکی ای که در ناحیه تخلیه بوجود آمده است از همدیگر جدا شده و به الکترودها می رسند که به آن جریان رانشی ناشی از میدان الکترواستاتیک E می‌گویند و به صورت زیر بیان می شود:

\[J_n\left(drift\right)=q{\mu }_nn(x)\varepsilon (x)\]

\[J_p\left(drift\right)=q{\mu }_pp(x)\varepsilon (x)\]

 که به ترتیب μn و μp تحرک‌پذیری الکترون و حفره هستند. جریان دیگری نیز که ناشی از توزیع نامتقارن چگالی الکترون و حفره‌ها در فضا است، در ایجاد جریان کلی ساختار موثر می‌باشد که به آن جریان دیفیوژن می‌گویند و به صورت زیر بیان می‌شود:

\[J_n\left(diff\right)=qD_n \frac{d n(x)}{dx}\]

\[J_p\left(diff\right)=qD_p \frac{d p(x)}{dx}\]

که Dp و Dn به ترتیب ضریب نفوذ برای حفره‌ها و الکترون‌ها است.

در کل برای بدست آوردن مشخصات جریان و ولتاژ سولار سل باید معادلات پیوستگی و معادله پواسن حل شود. در زیر این معادلات معرفی می‌شوند:

\[J_n\left(x,t\right)=q\mu_n n\left(x,t\right) \frac{\partial E_{Fn} \left(x,t\right)}{\partial x} = -\frac{\mu_n K_bT}{q} \frac{\partial n\left(x,t\right)}{\partial x} + \mu_nn\left(x,t\right)\frac{\partial \phi\left(x,t\right)}{\partial x} \]

\[J_p\left(x,t\right)=q\mu_p p\left(x,t\right) \frac{\partial E_{Fp} \left(x,t\right)}{\partial x} = -\frac{\mu_p K_bT}{q} \frac{\partial p\left(x,t\right)}{\partial x} + \mu_pp\left(x,t\right)\frac{\partial \phi\left(x,t\right)}{\partial x} \]

و همچنین معادلات انتقال نیز باید برای انتقال حامل‌ها به الکترود‌ها حل شده و در نهایت جریان اتصال کوتاه و ولتاژ مدار باز سل محاسبه گردد.

داده هایی که می توان استخراج نمود به صورت داده‌های پایه (نرخ بازترکیب، نرخ تولید حامل، پتانسیل داخلی و ....) و داده های خرجی ناشی از اعمال ورودی خاص (نمودارهای جریان-ولتاژ(I-V)، بازده، بازده کوانتومی، ضریب پرشدگی و ....) می‌باشد. برای نمونه نمودارهای میزان شدت نور در ساختار و همچنین پتانسیل حاکم بر ساختار در یک سلول خورشیدی چند اتصاله در زیر آورده شده است.

 

میزان شدت نور در ساختار سلول خورشیدی 

میزان شدت نور در ساختار

 

اختلاف پتانسیل روی ساختار سلول خورشیدی ناشی از اختلاف باندهای ممنوعه لایه ها 

اختلاف پتانسیل روی ساختار ناشی از اختلاف باند های ممنوعه لایه ها