شبیه سازی اپتیکی و بررسی تأثیر لایه انتقال دهنده حفره بر عملکرد سلول خورشیدی پروسکایتی

Abstract

سلول¬های خورشیدی پروسکایتی یکی از بهترین انواع سلول های خورشیدی هستند که می¬توانند باعث کاهش هزینه ساخت و افزایش عملکرد آنها شوند. در این مطالعه یک سلول خورشیدی پروسکایتی با دو لایه HTM، Spiro-OMeTAD و TTA3 طراحی شد و بهینه سازی سلول نسبت به ضخامت هر لایه و ضخامت کلی انجام شد. ضخامت بهینه برای لایه پروسکایت، Spiro-OMeTAD ، TTA3 و TiO2 به ترتیب در حدود 200، 100، 20 و 35 نانو متر تعیین گردید. لایه های تعریف شده از بالا به سمت پایین به ترتیب لایه های هوا، لایه TiO2 ، لایه پروسکایت ، لایه TTA3 و لایه Spiro-OMeTAD با ضخامت¬های تعریف شده می باشند. سلول خورشیدی دارای عرض (در جهت محور x) 100 نانومتر و عمق (جهت محور z ) برابر با 1 سانتی متر است. دمای شبکه برابر با 300 درجه کلوین فرض شده است و ضخامت لایه هوا به عنوان تابعی از طول موج نور ورودی تعریف شده است. قدرت ورودی برابر با مقدار استاندارد 1000 وات بر متر مربع تعریف شده است. زاویه فرود برابر با صفر درجه فرض شده است. پتانسیل الکتریکی، تراکم الکترون و حفره، نرخ تولید جفت های الکترون- حفره، ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه و قدرت خروجی مورد محاسبه قرار گرفت. سلول اولیه طراحی شده دارای 22.6 درصد بازده تبدیل انرژی و 77.1 درصد فاکتور تکمیل است. بهینه سازی در سناریوهای مختلف برای هر لایه انجام شد. در نهایت ضخامت کلی برابر با 340 نانومتر و بازده تبدیل انرژی برابر با 26 درصد و فاکتور تکمیل برابر با 78 درصد بدست آمد. در مقایسه با طراحی اولیه، بهینه سازی باعث افزایش 3.5 درصدی بازده تبدیل انرژی سلول خورشیدی ، کاهش 8 درصدی ضخامت کلی و بهبود 15 درصدی حداکثر توان خروجی سلول شده است.