سلول های خورشیدی CIGS در نرم افزار سیلواکو

سلول های خورشیدی CIS دارای ولتاژ مدار باز V_oc نسبتا کمی می باشند که علت آن کم بودن گاف انرژی می باشد. این محدودیت را می توان با اضافه کردن مقداری گالیوم به جای ایندیوم برطرف نمود. ساختار را می توان به صورت

CuIn_1-xGa_xSe₂ بیان نمود که در این رابطه x یک مقدار متغییر را دارد. شکاف انرژی در این ماده به صورت زیر محاسبه می شود:

(1)                      E_g=1.011+0.664-0.249x(1-x)

با توجه به نسبت Ga/Ga+In ، گاف انرژی CIGS به صورت پیوسته بین 1.02 تا 1.72 الکترون ولتا می باشد. به کار گیری ترکیب CIGS با CIS سبب گسترش محدوده طیفی به نام ناحیه IR منصوب می شود.

علاوه بر اضافه کردن حدود 30 درصد گالیوم به CIS گاف انرژی تا حدود 1.4 درصد افزایش خواهد یافت که این گاف انرژی انطباق بیشتری با طیف خورشیدی AM1.5 خواهد داشت.

افزودن گالیوم نه تنها سبب افزایش انرژی شکاف نواری می شود بلکه دارای تاثیرات مفید دیگری مانند بهبود چسبندگی لایه به زیر لایه و افزایش غلظت حامل های بار در لایه جاذب خواهد شد.

بعلاوه ، نقص های شیمیایی ، ریخت شناسی لایه ها و نیز ثابت شبکه با اضافه کردن گالیوم تحت تاثیر قرار داده می شود. افزودن گالیوم به لایه CIS سبب می شود که توزیع آن در سراسر لایه یکسان انجام شود.

در نتیجه یک لایه ی همگن با انرژی شکاف  نواری برابر در همه ی نقاط صورت گیرد. همچنین توزیع گالیوم در لایه جاذب می تواند فرق داشته باشد و به این ترتیب ساختارهایی با گاف انرژی متغیر ایجاد شوند.

با استفاده از ساختارهای توزیع گالیومبه عنوان نمونه ساختاری که غلظت گالیوم با رفتن به سمت الکترود پشتی بیشتر گردد، یک میدان سطحی پشتی به وجود می آید به این علت که افزایش غلظت گالیوم عموما سطح نوار رسانش در لایه CIGS را زیاد می کند.

گاف انرژی متغیر در نتیجه خمیدگی نوار رسانش یک میدان شبه الکتریکی که الکترون ها را به پیوند گاه حرکت می دهد و در نتیجه احتمال جمع آوری را زیاد خواهد کرد.

بعلاوه ساختارهای دارای گاف انرژی متغیر می توانند سبب بهبود V_oc بدون کاهش I_sc شوند.گرچه اضافه کردن گالیوم باعث بهبود خاصیت CIS می شود، اما محدودیتی وجود دارد که استفاده بیش از حد از آن را مناسب نمی سازد.

مقدار گالیوم بیش از 40 درصد در ساختار لایه جاذب به علت تاثیر منفی بر خاصیت انتقالی این لایه سبب کم شدن عملکرد دستکاه خواهد شد. امروزه دستگاهها با بازدهی بالا دارای گاف انرژی در محدوده ی 1.2 تا 1.25 الکترون ولت  هستند که در واقع مطابق با نسبت Ga/Ga+In بین 20 تا 30 درصد می باشد.

پیکربندی سلول خورشیدی CIGS

ساختار ابتدایی سلول خورشیدی لایه نازک CIGS و ترتیب لایه های آن در شکل زیر  آمده است. برای ساخت پس از لایه نشانی مولیبدن به عنوان الکترود پشتی بر روی زیر لایه ها SLG ، یک لایه جاذب نیمه رسانا CIGS از نوع p لایه نشانی می شود،

سپس یک لایه نازک CdS از نوع n بر روی لایه های زیرین لایه نشانی می شود و سپس یک لایه نازک از جنس Zno-i اضافه خواهد شد و در نهایت یک لایه ضخیم تر از ZnO آلاییده شده با آلومینیوم که بتواند نور را به خوبی عبور دهد بر روی لایه ها قرار می گیرد.

در نهایت یک لایه آلومینیوم به شکل یک شبکه توری مانند به عنوان الکترود رویی لایه نشانی می گردد. این لایه با هدف جمع آوری و انتقال الکترون ها در موقع جذب نور عمل خواهد کرد.

ساختار دوم، به صورت عکس ساختار اول می باشد یعنی ابتدا الکترود روی شیشه قرار خواهد گرفت و سپس لایه ها به ترتیب تا مولیبدن لایه نشانی می شوند  در این ساختار نور از سمت شیشه به سلول تابیده می شود.

زمانی که سلول از الکترود ساخته می شود یک مشکل اصلی دارد و آن هم بازدهی پایین می باشد. دلیل اصلی پایین بودن بازدهی نفوذ Cd به لایه ی CIGS می باشد.

چون لایه نشانی معمولا در دمای بالا انجام می شود و برای حل این مشکل از روش های لایه نشانی در دمای پایین مانند لایه نشانی به روش الکتروشیمیایی استفاده می گردد و می توان از مواد جایگزین مانند ZnO استفاده کرد.

مهمترین مزیت این ساختارها این است که برای ساخت سلول های خورشیدی ترتیبی مناسب می باشدو سلول های ترتیبی شامل چندین سلول می باشند که پشت سر هم لایه نشانی می شوند.

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.