Abstract
In amorphous thin film p-i-n solar cell, a thick absorber layer (i-layer) can absorb more light to generate electron and hole (carriers); however, a thicker i-layer degrades the drift electric field for carrier transport. On the other hand, a thin i-layer cannot absorb enough light. Thickness of i-layer is a key parameter that can limit the performance of amorphous thin film solar cells. Introducing Ge atoms to the Si lattice in Si-based solar cells is an effective approach in improving their characteristics. Especially, current density of the cell can be enhanced without deteriorating its open circuit voltage, due to the modulation of material band-gap and the formation of a hetero-structure. This work present a numerical evaluation of single junction solar cell based on the optimization of the Ge content in the film, thickness of i-layer, p-layer and doping concentration of p-layer in a (p-layer a-Si:H/i-layer a-SiGe:H/n-layer a-Si:H) single junction thin film solar cell for use in multijunction thin film solar cells and maximum efficiency of 18.4% is obtained
چکیده
در سلول خورشیدی p-i-n لایه نازک بی‌شکل، یک لایه جذب‌کننده ضخیم (لایه i) می‌تواند نور بیشتری را برای تولید الکترون و حفره (حامل) جذب کند؛ در هر حال، یک لایه i ضخیم، میدان الکتریکی رانشی را برای انتقال حامل‌ها کاهش می‌دهد. از سوی دیگر، یک لایه i نازک نمی‌تواند نور را به حدکافی جذب کند. ضخامت لایه i یک پارامتر مهم است که می‌تواند عملکردِ سلول‌های خورشیدی لایه نازک بی‌شکل را محدود کند. معرفی اتم‌های Ge در شبکه Si در سلول‌های خورشیدی مبتنی بر Si، روشی موثر در ارتقای مشخصه‌ها می‌باشد. مخصوصاً چگالی جریان سلول را می‌توان بدون بدتر کردن ولتاژ مدار باز، بهبود بخشید، که این به دلیل مدولاسیون باند شکاف و تشکیلِ ساختار هترو می‌باشد. این کار، ارزیابی عددی از سلول خورشیدی تک پیوندی براساسِ بهینه‌سازی میزان Ge در نوار، ضخامت لایه i، لایه p و غلظتِ لایه p در یک سلول خورشیدی لایه نازک تک پیوندی برای استفاده در سلول‌های خورشیدی لایه نازک چندپیوندی ارائه شده است (لایه p یک Si:H/لایه i یک SiGe:H/لایه n یک Si:H) و ماکزیمم بازده 18.4% به دست آمده است.
1-مقدمه
کمبود انرژی و گرمای جهانی، چالش‌های بزرگِ دنیا در حال حاضر می‌باشند. راه‌حل این بحران‌ها، جایگزین کردنِ سوخت‌های فسیلی با انرژی نو می‌باشد. تکنولوژی سلول خورشیدی یکی از انواع جالبِ انرژی‌های تجدیدپذیر است که در سراسر جهان گسترش یافته است. سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون بی‌شکل لایه نازک در میان بسیاری از انواع سلول‌های خورشیدی، یکی از بهترین انتخاب‌هاست که می‌تواند در یک هزینه نسبتاً پایینی تولید شود. آلیاژ سیلیکون ژرمانیومِ بی‌شکل تولیدکننده هیدروژن به طور گسترده‌ای در سلول‌های خورشیدی چندپیوندی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا شکاف نوار اپتیکِ آن‌ها به انرژی‌های پایین‌تری با افزایش غلظت ژرمانیوم شیفت می‌یابند. در کنار ارتقای جذب نوری برای فوتون‌ها با طول‌موج‌های بلندتر، اجزای الکترونیکی که برای کاربردهای فوتوولتائیک مناسب هستند، با افزایش غلظت Ge در Si:H خراب می‌شوند. لایه‌های SiGe به صورت موفق به عنوانِ سلول‌های انتهایی در سلول‌های خورشیدی متجمع تا سال 1982 مورد استفاده قرار می‌گرفتند...