طراحی و شبیه سازی سلول های خورشیدی سیلیکونی راندمان بالا

خورشید منبع عظیمی از انرژی است و این حقیقتی خوشحال کننده برای بشر است که به تدریج وارد بحران بزرگی به نام کمبود انرژی می شود، از این رو یافتن هر راه جدیدی برای بهره گیری هر چه بیشتر از این منبع عظیم اهمیت فوق العاده دارد. سلول های خورشیدی یکی از مبدل های مهم تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته می باشند که کمترین آلودگی را بر محیط دارند. از این رو تحقیقات فراوانی بر روی سلول های خورشیدی از جمله سلول های خورشیدی سیلیکونی صورت می-گیرد و یکی از چالش های اصلی افزایش راندمان تبدیل سلول های خورشیدی است. این کار تحقیقاتی شامل خلاصه ای از کار های تحقیقاتی برای مطالعه نظری، مدلسازی، طراحی و بهینه سازی سلول های خورشیدی با راندمان بالاست. بهبود بازده با مدیریت خواص نوری و الکتریکی ساختار و مواد بکار رفته امکان پذیر است. برای مرحله اول ما بر سلول های خورشیدی پشته ای متمرکز شدیم و سلول خورشیدی پشته ای silicon/3c-sic را با در نظر گرفتن اتصالات تونلی، بهینه سازی ابعاد و دوپینگ های مناسب و اتصالات بالایی و پایینی طراحی کردیم. در این حالت بازده 26 درصدی برای این سلول ها در مقابل بازده 20 درصدی سلول خورشیدی سیلیکونی تک اتصالی بدست آمد. در ادامه این کار مطالعات نظری سلول های خورشیدی باند میانی که موجب بهبود بازده سلول های خورشیدی با ایجاد باند های میانی در بین باند های اصلی انرژی می شود صورت می گیرد. از لحاظ تئوری سلول های خورشیدی باند میانی بهبود عظیمی را در راندمان تبدیل سلول های خورشیدی موجب می-شوند. با جایگزین کردن fe با بعضی از اتم های 3c-sic باند های میانی در آن مشاهده گردید. استفاده از مدل محدودیت بازده حداکثر 59 درصد برای آن بدست آمد. با وارد کردن مشخصات واقعی و حل معادلات دریفت-دیفیوژن بازده بالای 34 درصد برای این سلول خورشیدی باند میانی محاسبه گردید. در نهایت حساسیت سلول های خورشیدی به دما مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. سلول های خورشیدی معمولا در دمای نزدیک به 300 درجه کلوین بکار می روند ولی شرایطی است که در دمای بالاتر باید به کار برده شوند. سلول خورشیدی سیلیکون کریستالی که دارای انرژی شکاف پایین دارد در این کاربرد مشکلاتی دارد که در انتهای این کار حساسیت آن به دما مورد بحث قرار می گیرد و سیلیکون کرباید که دارای انرژی شکاف بالاتری نسبت به آن می باشد به عنوان ماده مناسب بر ای این کاربرد معرفی می گردد.