آموزش رایگان سیلواکو Silvaco

معرفی سلول خورشیدی CIGS

سیلواکو: معرفی انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی ، انرژی تجدید پذیری می باشد که پتانسیل تولید انرژی برای آیندگان را دارد. سیاره ی زمین در هر ساعت حدودا 4 برابر انرژی مصرفی انسان ها را در یک سال از خورشید دریافت می کند.

به همین دلیل اگر این انرژی را بتوان به انرژی قابل استفاده همانند انرژی الکتریکی تبدیل کرد دیگر نیاز به نگرانی برای کمبود انرژی در دنیا نخواهیم بود.

در همین راستا در سال های اخیر فرآیند ساخت سلول های خورشیدی رو به رشد است. با افزایش تولید روز افزون سلول های خورشیدی، شرکت های تولید کننده برای گسترش فروش خود اقدام به ساختن سلول هایی با بازدهی بالا و نیز قیمت های ارزان تر هستند.

سیلواکو : سلول های خورشیدی لایه نازک

سلول های خورشیدی سیلیکونی طی سال های متمادی به عنوان بهترین سلول های خورشیدی شناخته می شدند، اما به دلیل مشکلات زیاد از جمله هزینه ی بالای تولید با گذشت زمان از مواد دیگر برای جاذب سلول خورشیدی استفاده شد.

مواد جایگزین علاوه بر حل مشکلات سلول های سیلیکونی باید از نظر بازدهی و نیز از نظر هزینه ساخت صرفه اقتصادی داشته باشند.

در میان سلول های خورشیدی مختلف، سلول های لایه نازک به علت برتری نسبت به سلول های سیلیکونی به عنوان امیدوار کننده ترین سلول ها شناخته شدند.

در سلول های لایه نازک ، به علت نازک بودن لایه جاذب در حدود چند میکرومتر، مواد مصرفی کاهش و در نتیجه هزینه ساخت کم می شود که خود یک مزیت محسوب می شود.

سیلواکو: مزیت سلول های لایه نازک را نسبت به سلول های سیلیکونی بیان می نماییم:

• مصرف کم مواد اولیه نسبت به سلول های سیلیکونی
• تنوع و تغییر مواد مختلف در لایه جاذب نسبت به سیلیکون
• مراحل ساخت کمتر نسبت به سلول های سیلیکونی
• روش های لایه نشانی تحت خلا و اتمسفر برای سلول های لایه نازک
• استفاده از زیر لایه های ارزان قیمت مانند شیشه و همچنین زیر لایه های قابل انعطاف همانند فویل های فلزی.

با تمامی نقاط قوتی که سلول های لایه نازک نسبت به سلول های سیلیکونی دارند ، مقدار نقص های کریستالی این سلول ها نقاط ضعف این سلول های لایه نازک محسوب می شود زیرا سبب می شود که باز ترکیب الکترون- حفره در این سلول ها افزایش یابد.

در سلول های خورشیدی لایه نازک با محاسبه ضخامت مناسب برای لایه فعال نسبت به ضریب جذب می توان فرآیندی را ایجاد نمود تا تمامی طول موج نوری که بر سلول تابیده می شود جذب شود .

به همین ترتیب طول پخش تولید الکترون – حفره ایجاد شده در لایه جاذب باید بیشتر از ضخامت لایه ی جاذب باشد. تا بتوان به مقدار کافی الکترون – حفره به دست آورد.

سیلواکو: انتخاب ماده مناسب برای سلول خورشیدی لایه نازک

با توجه به این نکات که بیان شد، انتخاب ماده ی مناسب برای سلولهای لایه نازک از اهمیت بالایی برخوردار است. از مواد های مختلفی که در زمینه ی سلول های لایه نازک مورد بررسی قرار گرفته اند، بهترین آنها سیلیکون آمورف (a-Si) ، CIGS و CdTe بوده است.

این مواد به علت داشتن انرژی گاف مستقیم، ضریب جذب بالا، قابلیت انطباق پذیری الکترون ها با لایه ها با گاف انرژی بالاتر مانند CdS و … به صورت لایه ی جاذب در تمامی سلول های لایه نازک به کار برده می شوند.

سیلواکو: CIGS

CIGS با توجه به خصوصیات منحصر به فردی که دارد از قبیل انرژی گاف مستقیم و قابل کنترل، استقامت تابشی بالا، قابلیت لایه نشانی بر روی سطح های قابل انعطاف همانند فویل های فلزی بنابراین یکی از بهترین کاندیداها برای ساخت سلول های خورشیدی می باشد.

سلول های خورشیدی لایه نازک CIGS با توجه به بازدهی بالایی که دارند و نیز هزینه ساخت اندک باعث شده که توجه محققان را به خود جلب کند از این رو در این پژوهش نیز ما قصد داریم با بررسی پارامترهای مختلف موثر بر عملکرد این سلول با استفاده از نرم افزار سیلواکو بپردازیم.

شبیه سازی نرم افزار سیلواکو Silvaco توسط متخصصین حامی پروژه

سلول های خورشیدی فیلم نازک CIGS می توانند جایگزین مناسبی در سلول های فیلم نازک باشند . این مواد به علت داشتن خاصیت مکانیکی مشابه با مواد پلاستیک/پلیمر و نیز خاصیت نوری ، الکترونیکی امروزه در صنعت ساخت سلول های خورشیدی فیلم نازک مورد توجه قرار گرفته اند. تغییر در پارامترهای شبکه و انرژی گاف، اضافه نمودن گالیوم به ساختار CIS و تبدیل آن به CIGS مزیت هایی را ایجاد می کند که عبارتند از:

شبیه سازی سلول خورشیدی با نرم افزار سیلواکو

سیلواکو: مزیت های CIGS

• قابلیت تنظیم انرژی گاف سلول با توجه به طیف نور
• بهبود Voc با تنظیم نمودن میزان گالیوم در ساختار لایه CIGS
• ساخت آسان لایه ی تک فاز CIGS نسبت به لایه تک فاز CIS
• یکی دیگر از مهمترین ویژگی های لایه CIGS بالا بودن میزان تبدیل نور به جریان الکتریکی در این لایه می باشد.

بیشترین ضریب جذب در لایه ی CIGS زمانی به دست می آید که مقدار گالیوم ساختار برابر با صفر باشد یعنی لایه به صورت CIS عمل کند.

که در این حالت میزان جذب برابر با 105 در هر سانتی متر مربع خواهد شد که بیشترین مقدار جذب در سلول های لایه نازک می باشد. با توجه به ضریب جذب بالای این لایه که در حدود 99% می باشد فوتون های ورودی به این لایه جذب می شوند که این فرآیند جذب تا عمق حدود یک میکرون اتفاق می افتد به همین دلیل است که برای ساختن یک سلول خورشیدی به ضخامت یک تا دو میکرون از این لایه کافی می باشد.

این در صورتی است که برای ساخت سلول خورشیدی با سیلیکون نیازمند حدود سیصد میکرون از سیلیکون می باشیم. نکته مهم این است که با وجود اینکه CuInSe2 قدرت جذب بالایی دارد اما مقدار گاف انرژی کمی دارد که این مشکل را با ترکیب گالیم رفع می نماییم. تعدادی از اتم های گالیوم جایگزین ایندیم می شوند و ترکیب به صورت CuInxGa1-xSe2 در خواهد آمد که با بهینه نمودن مقدار گالیوم به ایندیوم این ساختار به بیشترین بازدهی دست خواهیم یافت.

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.