طراحی سلول خورشیدی CdTe
دو عامل اصلی در عملکرد هر سلول خورشیدی افزایش بازدهی و کاهش هزینه ساخت میباشد. بر این اساس مواد و فناوریهای مختلفی مورد مطالعه قرار گرفته اند. سلول خورشیدی فیلم نازک CdTe یکی از قطعات فوتو ولتاییک مناسب از نظر بازده و هزینه ساخت به حساب میآید.
CdTe یک نیمه هادی مرکب از گروه است و ویژگی مهم این ماده انرژی شکاف باند مستقیم آن است که مقداری نزدیک به مقدار بهینه مطابق با طیف خورشیدی برای تبدیل حداکثر انرژی فوتوولتاییک دارد. شکاف باند مستقیم ev5/1و ضریب جذب بالای CdTe (cm/ 105*5< ) به این معنی است که در گستره وسیعی از طول موجها از فرابنفش تا شکاف باند CdTe (nm825) میتوان بهره کوانتمی بالایی را از سلول انتظار داشت.
فوتونهای با طول موج کم و با انرژی بیشتر از انرژی شکاف باند CdTe جذب این ماده میشوند به این ترتیب CdTe مادهی مناسبی برای سلولهای خورشیدی فیلم نازک به حساب میآید. با توجه به ضریب جذب بالای CdTe برای فوتونهای با انرژی
بیشتر از Egآن، تنها ضخامت کمی (در حدود 2 تا8) از لایه CdTe برای جذب %99 از فوتونهای طیف خورشیدی AM1.5 کافی است که این مقدارحدوداً 100برابر کمتر از ضخامت سلولهای خورشیدی سیلیکن کریستالی است.
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی به منظور کاهش ضخامت لایه CdTe با هدف دستیابی به سلولهای کم هزینهتر صورت گرفته است.
در این راستا جذب بخشی از فوتونهای نور در خارج از ناحیه بار فضا نکته حائز اهمیت است . درنتیجهی نبود میدان الکتریکی لازم در این ناحیه، حاملهای الکتریکی تولید شده به پایانههای سلول نفوذ کرده و در اتصال پشتی بازترکیب میشوند و در مکانیسم هدایت الکتریکی قطعه نقش موثری بازی نمیکنند.
بنابراین باید راهکارهای مناسبی برای بهینه سازی ضخامت سلول به کار گرفته شود.
شکل 1 ساختار پیشنهادی برای شبیه سازی یک سلول خورشیدی CdTe را نشان میدهد. این سلول خورشیدی تحت تابش طیف مرکب Am1.5 قرار میگیرد (شکل2) به این ترتیب توان نور دریافتی آن معادل W/m21000 در نظر گرفته میشود.
مواد تشکیل دهنده پیوند، مابین یک لایه اکسید رسانای شفاف در اتصال جلویی و یک لایه فلز در اتصال پشتی قرار گرفتهاند. با توجه به انرژی شکاف باند بزرگ CdTe یکی از چالش های موجود در رابطه با سلول خورشیدی CdTe انتخاب فلز مناسب برای تشکیل یک اتصال اهمی با مقاومت کم میباشد.
هدف این شبیه سازی بررسی اثر تغییر ضخامت لایه CdTe بر پارامترهای اصلی وبهینه سازی آنهاست از این رو به منظور سادگی از بررسی تاثیر لایه های اتصال جلویی و اتصال پشتی صرف نظر میکنیم.
.با توجه به خاصیت پلی کریستالی CdS و CdTe پارامترهای فیزیکی این دو ماده بسته به شرایط رشد و تکنیکهای بکار رفته متغیر میباشند. جدول 1 پارامترهای بکار رفته در شبیه سازی این مقاله را نشان میدهد.
در بخش اول از شبیه سازی این سلول، ضخامت لایه CdS برابر nm50 و لایه CdTe برابر 7، غلظت اتمهای دهنده در لایه CdS برابرcm3/1018، غلظت اتمهای پذیرنده در لایه CdTe برابرcm3/1015، طول عمر حاملها و سرعت بازترکیب در اتصال پشتی به ترتیب برابرs8–10 و m/s108 در نظر گرفته شده اند(شکل 3-الف وب) .
مشخصه جریان ولتاژ سلول در تاریکی و تحت تابش طیف AM1.5 و نمودار توان خروجی ماکسیمم سلول در ضخامت 7، به ترتیب در شکلهای 4-الف و 4-ب رسم شدهاند. با توجه به نمودارها مقادیر Jsc، Vocو Pmax به ترتیب برابر mA/cm223 ، V9/0 و mW/cm216 میباشند.
جهت یادگیری کامل نرم افزار سیلواکو آموزش های رایگان ما را در سایت حامی پروژه دنبال نمایید. و در صورت مشکل در انجام پروژه های سیلواکو خود با متخصصین حامی پروژه در تماس باشید. برای ارتباط با تیم تخصصی سیلواکو حامی پروژه با شماره 09934702599 تماس حاصل نمایید.