شبیه‌سازی اپتیکی سلول خورشیدی پروسکایتی

Abstract

مدل‌های اپتیکی و الکتریکی برای بررسی فرآیندهای اپتیکی‌ای که در سلول‌های خورشیدی رخ می‌دهند مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله، شبیه‌سازی اپتیکی سلول خورشیدی پروسکایتی بر اساس فرمولبندی ماتریس انتقال با استفاده از ضرایب شکست مختلط تابع طول موج ساختار چندلایه‌ای ارائه شده‌است. مدل اپتیکی ماتریس انتقال ابتدا توسط پترسون و همکارانش در سول‌های خورشیدی آلی دو لایه‌ای مورد استفاده قرار گرفت. با فرض این که فصل‌های مشترک موازی اند و هم‌چنین لایه‌های موجود همگن و همسانگرد هستند، عملکرد اپتیکی سلول خورشیدی با ساختار Glass/FTO/TIO2/CH3NH3PBI3/Spiro-OMeTAD/Au بر اساس روابط فرنل برای بازتاب و عبور با کمک ماتریس‌های پراکندگی 2×2 در تابش عمودی مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا با محاسبه بازتاب و جذب کل ساختار در طول موج‌های مختلف، ماکزیمم طول موج جذب را به‌دست آوردیم و سپس با محاسبه میدان الکتریکی لایه‌های سلول در طول موج مورد نظر، برای ضخامت‌های مختلف لایه فعال انرژی جذب شده در ساختار برحسب فاصله از فصل مشترک زیر لایه و FTO محاسبه و شبیه‌سازی شد. به‌منظور دستیابی به ضخامت بهینه سلول پروسکایتی، نمودار چگالی جریان مدار کوتاه برحسب ضخامت‌های مختلف لایه فعال رسم شد و مشخص شد که برای بهبود این سلول، با در نظر گرفتن ضخامت 492 nm می‌توان بیشترین جریان را داشت. نتایج تحلیل‌های بالا مربوط به سلول خورشیدی مورد بررسی مشخص کرد که برای شبیه‌سازی‌های انجام‌شده، پدیده جذب اپتیکی در لایه‌های مختلف سلول تابع بعضی پارامترها از جمله ثوابت اپتیکی لایه‌ها، ضخامت آن‌ها و طول موج نور فرودی می‌باشد. به همین دلیل در کل شبیه‌سازی‌های انجام شده در این مقاله، ضرایب شکست وابسته به طول موج تمامی لایه‌ها و ضخامت مربوط به آن‌ها از جمله ورودی‌های مهم مسئله می‌باشند که تمامی محاسبات بر اساس آن‌ها انجام می‌شود. دو شکل زیر به‌ترتیب طول موج بیشترین جذب و ضخامت بهینه را برای لایه فعال مشخص می‌کنند.