طراحی سلول خورشیدی CdTe

سیلواکو SILVACO

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.

سلول خورشیدی‏CdTe

.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.

سلول خورشیدی‏CdTe

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 برابرs810 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.

سلول خورشیدی‏CdTe

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.

طراحی سلول خورشیدی CdTe
اسکرول