بهینه سازی ضخامت لایه جاذب CIGS درسلولهای خورشیدی بادرنظرگرفتن تزریق درلایه بافرونقص ها

Abstract

در طی سالهای اخیر، بازده تبدیل انرژی سلولهای خورشیدی مبتنی بر ترکیبات کلکوپیریت به میزان قابل توجهی افزایش یافته و به بیش از 20 % رسیده است. در این میان مس ایندیوم گالیم سولفید2(Se) CuInGaS ترکیبی است که با دارابودن جذب اپتیکی بالا و گاف انرژی مستقیم یکی از گزینه های مناسب برای استفاده درسلولهای خورشیدی است. به علت وجود مواد با خواص فیزیکی متفاوت، درجات آزادی بهینه سازی عملکرد این سلولهای چندلایه افزایش یافته است. تا کنون پیشرفتهای زیادی در زمینه بهینه سازی عملکرد سلولهای خورشیدی به طور تجربی به جای ارائه درک عمیق از مدلهای فیزیکی و شبیه سازی مناسب که منجربه توسعه آسانتروکم هزینه ترفرایندهای آزمایشگاهی نیز می شود، صورت گرفته است. لذا اصلی ترین هدف از انجام این تحقیق ، شبیه سازی ساختار سلول لایه نازک CIGS مبتنی بر اطلاعات تجربی ارائه شده در مقالات معتبر برای لایه های مختلف و با فرض درنظرگرفتن نقص های احتمالی می باشد.به علاوه لایه بافرنیز با تزریق روی درنظرگرفته شده است زیرا ساخت یک سلولCIGS خوب نیازمند انتخاب یک لایه بافر نوع n است که با پارامترهای شبکه ای لایه جاذب خصوصا در لبه نوارها منطبق شود. مواد سه گانه CdZnSبا ساختار ورتزیت بهترین انطباق شبکه ای را با لایه نازک CIGS می سازد که منجربه بهبود عملکرد سلول می شود. بنابراین ساختارCdZnS/Zno/Zno:Al/CIGS/Mo / SLGبا نرم افزارSCAPS-1D شبیه سازی وعملکردسلول برای ضخامتهای مختلف لایه جاذب به عنوان قلب سلولهای CIGSبررسی شده است . با توجه به نتایج به دست آمده کاهش ضخامت لایه¬ی جاذب باعث می¬شود سطح اتصال پشتی به ناحیه¬ تخلیه نزدیک¬تر شود بنابراین الکترون¬ها به راحتی جذب سطح اتصال پشتی می¬شوند و به دلیل شرکت آنها در پدیده¬ی بازترکیب ¬میزان الکترون¬های تاثیرگذار بر روی بازده کم می¬شود و در نتیجه VOC و JSC کاهش می¬یابد (شکل (الف) و (ب)). همچنین جذب نور و تولید واقعی حامل¬های بار تنها در این لایه اتفاق می¬افتد این لایه از اهمیت بالایی برخوردار است، به همین دلیل ضخامت این لایه از یک مقدار مشخص نمی¬تواند کمتر باشد و با افزایش بیشتر ضخامت این لایه بازده افزایش محسوسی نخواهد داشت(شکل (ج)) ازطرفی ضریب پرشدگی نیزبا افزایش ضخامت لایه جاذب تا 1600 نانومتر افزایش می یابدکه علت آن مقاومت حجمی نیمه رساناست (شکل (د)). بنابراین طبق نتایج مذکور سلول در ضخامت 1600نانومتربیشترین بازدهی و بهترین ،عملکرد را داردو لذا بهینه ضخامت لایه جاذب در1600 نانومتربابازده29/21%است که بانتایج حاصل ازکارهای تحقیقاتی همخوانی دارد.