بهبود بازده سلول خورشیدی سیلیکونی ناهمگون با استفاده از لایه ذاتی GaP

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی گروه فیزیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشجوی دانشگاه سمنان

چکیده

در این مقاله عملکرد سلول‌های خورشیدی سیلیکونی ناهمگون به صورت نظری بررسی شده است. ساختار مورد بررسی به صورت TCO/ a-SiC (P)/ GaP (i)/ a-Si (n)/a-Si (n+)/metal می‌باشد. در این کار به جای ساختار مرسوم که از یک لایه سیلیکون آمورف ذاتی برای افزایش بازده استفاده می شود، از یک لایه GaP (گالیوم فسفات) به عنوان لایه ذاتی استفاده شده است. مدل‌های مختلفی از این ساختار سلول خورشیدی شبیه‌سازی شد. تاثیر پارامترهای مختلف در ساختار سلول خورشیدی نظیر تابع کار اتصالات جلو و پشت، چگالی حامل لایه‌های امیتر و لایه سیلیکون آمورف نوع n، گاف انرژی لایه امیتر، ضخامت لایه بافر Gap، منحنی چگالی جریان – ولتاژ و بازده کوانتومی بررسی شد. بهینه مقدار کمیتهای برای بالاترین بازده سلول خورشیدی براساس نتایج مطالعات حاضر معرفی شده است. همچنین ساختار نوار انرژی در حالتهای مختلف رسم و مقایسه گردید. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از یک لایه ذاتی گالیوم فسفات با گاف انرژی eV 26/2 و ضخامت 1 میکرومتر منجر به بیشترین بازدهی در حدود % 13/21 با Voc=1.52 V, Jsc=16.58 mA.cm-2 وFF= 84 % می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Improving the heterojunction silicon solar cell efficiency by using GaP intrinsic layer

نویسندگان [English]

  • Nafiseh Memarian 1
  • Mir Kazem Omrani 2
  • Mehran Minbashi 2
1 Faculty of Physics, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

In this article, the operations of heterojunction silicon solar cells were investigated theoretically. The studied structure is TCO/ a-SiC (P)/ GaP (i)/ a-Si (n)/ a-Si (n+)/ metal. In this study instead of using conventional structure, which uses an amorphous intrinsic layer, a GaP (Gallium Phosphate) layer is used as intrinsic buffer layer. Different models of this solar cell structure were simulated. The effect of various parameters such as work functions of front and back contacts, emitter and n-type amorous silicon layer carrier densities, emitter band gap, GaP buffer layer thickness, current- voltage curves and quantum efficiency has been studied. The optimum values for above mentioned quantities are presented based on the study results. Moreover the band structure of different cases is plotted. The results show that using a GaP intrinsic layer with 2.26 ev band gap and 1 micrometer thick, leads to the highest efficiency around 21.13% with Voc=1.52 V, Jsc=16.58 mA.cm-2 and FF= 84 %.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silicon solar cell
  • band gap energy optimization
  • intrinsic layer
  • quantum efficiency
[1] N. Hernandez-Como, A. Morales-Acevedo, Simulation of hetero-junction silicon solar cells with AMPS-1D, Solar Energy Materials and Solar Cells, 94 (2010) 62–67.

[2] A. Bensmain, H. Tayoub, B. Zebntout, Z. Benamara, Investigation of Performance Silicon Heterojunction Solar Cells Using a-Si: H or a-SiC: H at Emitter Layer Through AMPS-1D Simulations, Sensors & Transducers, 27 (2014) 82-86.

[3] S. Taira, Y. Yoshimine, T. Baba, M. Taguchi, H. Kanno, T. Kinoshita, H. Sakata, E. Maruyama, M. Tanaka, Our approaches for achieving HIT solar cells with more than 23% efficiency, Proceedings of the 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, Italy, 3–7 September (2007).

[4] L. Zhao, H.L. Li, C.L. Zhou, H.W. Dao, W.J. Wang; Optimized resistivity of p-type Si substrate for HIT solar cell with Al back surface field by computer simulation, Solar Energy 83 (2009) 812-816.

[5] Y. Liu, Y. Sun, W. Liua, J. Yao, Novel high-efficiency crystalline-silicon-based compound heterojunction solar cells: HCT (heterojunction with compound thin-layer), Physical Chemistry Chemical Physics 16 (2014) 15400-15410.

[6] S. Qing-Yi, C. A-Qing, Z. Kai-Gui, Z. Juan, Numerical Simulation of a P+ 𝑎-SiC:H/N+ Poly-Si Solar Cell with High Efficiency and Fill Factor, Chinese Physics Letters 29 (2012) 087302.

[7] C. Walder, M. Kellermann, E. Wendler, J. Rensberg, K. von Maydell, C.Agert, Comparison of silicon oxide and silicon carbide absorber materials in silicon thin-film solar cells,European Physical Journal Photovoltaics 6(2015) 65302.

[8] M. Burgelman, J. Verschraegen, S. Degrave, P. Nollet, Modeling thin film PV devices, Progress in Photovoltaics, Research and Applications 12 (2004) 143-153.

[9] S.J. Fonash, A manual for One-Dimensional Device Simulation Program for the Analysis of Microelectronic and Photonic Structures (AMPS-1D), (The Center for Nanotechnology Education and Utilization, The Pennsylvania State University).

[10] M. Barrera, F. Rubinelli, I. Rey-Stolle, J. Pla, Numerical simulation of Ge solar cells using D-AMPS-1D code, Physica B 407 (2012) 3282–3284.

[11] A. Eray, G. Nobile, AMPS-1D Modeling of a-Si:H n+-i-n+ Structure: The Validity of Space Charge Limited Current Analysis, TURKISH JOURNAL OF PHYSICS 28 (2004) 31 - 39.

[12] L. Zhao, C.L. Zhou, H.L. Li, H.W. Diao, W.J. Wang, Design optimization of bifacial HIT solar cells on p-type silicon substrates by simulation, Solar Energy Materials and Solar Cells 92 (2008) 673–681.

[13] J.M. Olson, D.J. Friendman, S. Kurtz; Handbook of photovoltaic Science and Engineering, National Renewable Energy Laboratory, Golden, (2003).

[14] J.S. Fonash, Solar Cell Device Physics, Second Edition, USA, Elsevier Inc., (2010).

[15] C. Song, H. Chen, Y. Fan, J. Luo, X. Guo, X. Liu, High-Work-Function Transparent Conductive Oxides with Multilayer Films, Applied Physics Express 5 (2012) 041102.

[16] S.L. Sheng, Semiconductor Physical Electronics, First Edition, Plenum Press, (1993).

[17] P. Prunici, F.U. Hamelmann, W. Beyer, H. Kurz, H. Stiebig, Modeling of infrared optical constants for polycrystalline low pressure chemical vapour deposition ZnO:B films, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 113 (2013) 123104.

[18] CRC Handbook of Chemistry and Physics version (2008).

[20] M.I. Kabir, N. Amin, A. Zahrim, K. Sopian, Proceedings of the 8th WSEAS Int. Conf. on NON-LINEAR ANALYSIS, NON-LINEAR SYSTEMS AND CHAOS, (2010) 334- 337.