طراحی و شبیه سازی سلول خورشیدی مبتنی بر گرافین

گرافین، با ویژگی هایی همچون: گاف انرژی صفر ، تحرک بالای الکترونی، رسانایی خوب الکتریکی، شفافیت، انعطاف و استحکام زیاد، نوید بخش سلول های خورشیدی هست که بهبود بازده و کاهش هزینه های تولید را به همراه دارند. برای استفاده از گرافین به عنوان کنتاکت و در عین حال لایه ی فعال، یعنی ایجاد پیوند شاتکی، نیاز به افزایش سد شاتکی، کاهش مقاومت و افزایش شفافیت گرافین است که با 5 لایه ی گرافین دوپ شده با tfsa، می توان به آن دست یافت. با شبیه سازی های مختلف صورت گرفته به ضخامت بهینه ی 20 میکرو متر برای ویفر سیلیکون دست یافتیم که این سلول را در زمره ی سلول های خورشیدی فیلم باریک قرار می دهد. برای بهبود راندمان، کنتاکت اهمی را به علت ایجاد سد در برابر جریان و اثر پراکندگی نانو ذرات را به علت افزایش جذب نور بررسی کردیم. نقره مناسبترین پراکندگی را ایجاد می کند. در نمونه های آزمایشگاهی با نانو ذرات نقره 12nm، برای طول موج های بزرگتر از 500nm جذب افزایش می یابد ولی در سایر طول موج ها کاهش می یابد. برای حل این مشکل قبل از نانو ذرات، لایه ای باریک از سیلیکون قرار دادیم تا بتوان فوتون های پرانرژی را در این ناحیه جذب کرد. مهمترین فاکتور برای انتخاب فلز جایگزین، میزان سد در پیوند فلز-نیمه هادی با در نظر گرفتن میزان فراوانی آن ماده است. فلزاتی چون ایندیوم و کادمیوم کمترین سد ممکن را ایجاد می کنند که کمتر از فلزاتی چون آلومینیوم و نقره است. برای شبیه سازی سلول خورشیدی، از نرم افزار wxamps استفاده شده است. نرم افزار جدیدی که اختصاصا برای شبیه سازی سلول های خورشیدی توسط گروه تحقیقاتی مربوطه در دانشگاه ایلینویز آمریکا، ارائه شده است. با ساختار جدید بازدهی %12.93 بدست آمده است که حدودا معادل است با، افزایش نسبی بیش از %40، نسبت به بهینه ترین سلول خورشیدی پیوند شاتکی گرافینی.