Abstract
In this work, numerical simulations of single and double junction solar cells based copper gallium diselenide (CGS) and copper indium gallium diselenide (CIGS) electrical characteristics are performed using a physically based two-dimensional device simulator Silvaco-Atlas. The J-V characteristics and the external quantum efficiency EQE are simulated under AM1.5 illumination. In this study, where the single CGS solar cell used as the top cell and the single CIGS solar cell used as the bottom cell in the tandem configuration show conversion efficiencies of 18.92% and 20.32%, respectively. Our simulation results of the CIGS solar cell are in good agreement with the experimental high record efficiency. The simulated photovoltaic parameters of the CGS/CIGS tandem cell are: the short-circuit current density Jsc of 16.35 mA/cm2, the open circuit voltage Voc of 1.8 V and the fill factor FF of 85.09% and the conversion efficiency η of 25.11%. In the CGS/CIGS tandem solar cell, an improvement in the conversion efficiency to 25.11% was found. The overall investigation on copper indium gallium diselenide solar cells gives potential suggestions that may lead to the fabrication of the high efficiency CGS/CIGS single and tandem solar cells
چکیده
در این تحقیق، شبیه‌سازی‌های عددی سلول‌های خورشیدی تک پیوندی و دو پیوندی مبتنی بر مشخصه‌های الکتریکی سلنیم گالیوم مس (CGS) و سلنیم گالیوم ایندیوم مس (CIGS) با استفاده از یک ابزار شبیه‌سازی دو بعدی به صورت فیزیکی تحت عنوان نرم‌افزاری Silvaco-Atlas انجام گرفته است. مشخصه‌های J-V و بازده کوانتومی خارجی EQE تحت روشنایی AM1.5 شبیه‌سازی شده است. در این مطالعه، که در آن سلول خورشیدی CGS ی منفرد به عنوان سلول بالایی و سلول خورشیدی CIGS ی منفرد نیز به عنوان سلول پایینی در ترکیب متوالی به کار رفته‌اند، بازدهی تبدیل سیستم به ترتیب 18.92% و 20.32% به دست آمده است. نتایج شبیه‌سازی ما در مورد سلول خورشیدی CIGS مطابقت خوبی با بازدهی ثبت شده به صورت عملی دارد. پارامترهای شبیه‌سازی سیستم فتوولتائیک در مورد سلول متوالی CGS/CIGS عبارت‌اند از: چگالی جریان اتصال کوتاه JSC برابر 16.35 mA/cm2, ولتاژ مدار باز VOC برابر 1.8 V و فاکتور انباشتگی FF نیز برابر 85.09% و بازدهی تبدیل η برابر 25.11% می‌باشد. در سلول خورشیدی متوالی CGS/CIGS، بهبود قابل‌توجهی در بازدهی تبدیل به میزان 25.11% مشاهده شده است. بررسی کلی در مورد سلول‌های خورشیدی سلنیوم گالیوم ایندیوم مس، راه‌کارهای بالقوه‌ای را ارائه می‌دهد که می‌تواند به ساخت سلول‌های خورشیدی متوالی و واحد CGS/CIGS با بازدهی تبدیل بالا بیانجامد.
1-مقدمه
این سلول‌های خورشیدی فیلم نازک دارای پتانسیل بالایی برای کاربردهای فتوولتائیک زمینی در مقیاس بزرگ و هزینه کم هستند. برخی از مواد نیمه‌هادی شامل پلی کریستال CdTe، DIGS و سیلیکون ناهمگن (a-Si) برای سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک فیلم نازک به کار می‌روند. پلی کریستال فیلم نازک سلنیوم، گالیوم، ایندیوم مس (CIGS) عضوی از گروه I–III–VI2 ی نیمه‌هادی‌های معدنی مس هستند و بازدهی تبدیل بالایی را در مقایسه با سایر سلول‌های خورشیدی فیلم نازک معدنی مس نظیر CdTe و فیلم نازک Si ی ناهمگن از خود نشان می‌دهند. ماده CIGS یک نیمه‌هادی باند هوایی مناسب با ضریب جذب نوری بالا در طیف مرئی نور خورشید می‌باشد، ضریب جذب فیلم‌های CIGS در طیف مرئی 100 مرتبه بزرگ‌تر از ماده سیلیکون است. علاوه بر این، سلول‌های خورشیدی فیلم نازک CIGS دارای باند هوایی قابل تنظیم، پایداری فوق‌العاده در محیط بیرون، شدت تابش بالا بوده و نیز توان مشخصی را حداکثر تا 919 W/Kg که بیشترین مقدار در بین سلول‌های خورشیدی فعلی است، می‌باشند...