بخشی از مقاله
چکیده
سلولهاي خورشیدي میان باندي نقطه کوانتومی جدیدترین نوع سلولهاي خورشیدي براي دستیابی به حداکثر راندمان ممکن میباشد و به دلیل قابلیتهاي بالاي آن مورد توجه بسیاري از محققان قرار گرفته است. ساختارهاي نقطه کوانتومی در سلولهاي خورشیدي میانباندي نقطه کوانتومی، براي رسیدن به حداکثر راندمان نقش مهمی را ایفا میکنند. در این مقاله اثرات آفست باند هدایت نقاط کوانتومی روي عرض نقاط کوانتومی جهت دستیابی به حداکثر راندمان مورد بررسی قرار گرفته است.
بررسی ارتباط بین آفست باند هدایت نقاط کوانتومی و عرض نقاط کوانتومی نشان میدهد که با افزایش آفست باند هدایت نقاط کوانتومی، عرض نقاط کوانتومی براي دستیابی به حداکثر راندمان باید کاهش یابد و با کاهش آفست باند هدایت نقاط کوانتومی، عرض نقاط کوانتومی براي دستیابی به حداکثر راندمان باید افزایش یابد. این نتایج در طراحی سیستم مواد سلولهاي خورشیدي میان باندي نقطه کوانتومی بسیار مفید میباشد.
کلید واژه سلولهاي خورشیدي میان باندي نقطه کوانتومی، آفست باند هدایت نقاط کوانتومی، عرض نقاط کوانتومی، راندمان
مقدمه
براى دستیابی به توان فوتوولتاییک با هزینه خیلی پایین باید از سلولهاي خورشیدي که راندمان تبدیل خیلی بالا و هزینه متوسط دارند استفاده شود. عملکرد سلولهاى خورشیدى میان باندى به خواص الکتریکی و نورى مواد میان باندى آنها وابسته میباشد. این سلولها بوسیله یک باند الکترونیکی که بین باند هاى هدایت و ظرفیت یک نیمههادى با گاف باند متعارف واقع شده است مشخص شدهاند.
براى عملکرد ایدهآل فوتوولتاییک گافی که باند میانی را از باند هدایت جدا میکند در محدوده 1.24 الکترون ولت می باشد، درحالیکه گافی که باند میانی را از باند ظرفیت جدا میکند در محدوده 0.71 الکترون ولت میباشد این گافها میتوانند جابجا شوند، براى مثال باند میانی میتواند به باند ظرفیت نسبت به باند هدایت نزدیکتر باشد. از طرف دیگر باند میانی باید نصف آن با الکترون پر شده باشد، بطوریکه باید حالتهاى خالی را براى جا دادن الکترون از باند ظرفیت فراهم کند و همچنین حالتهایی را براى فراهم کردن الکترون در باند هدایت اشغال کند.
تزشل
یک نیمههادى با گاف باند تنها فقط فوتونهایی با انرژى بالاى آستانه گاف باند را می تواند جذب کند و بنابراین فقط این فوتونها در جریان تولید شده با نور مشارکت میکنند. اما زمانیکه یک باند میانی نیمپر وجود دارد، دو فوتون با انرژى زیر آستانه گاف باند میتوانند یک الکترون را از باند ظرفیت به باند هدایت پمپ کنند. اولین فوتون با انرژى بالاى El یک الکترون را از باند ظرفیت به باند میانی که حالتهاى خالی براى دریافت این الکترون دارد پمپ میکند و دومی، با انرژى بالاى Eh یک الکترون را از باند میانی که حالتهاى پر شده دارد، به باند هدایت پمپ میکند. در این روش جریان نورى تولید شده بزرگتر از جریانی میباشد که بوسیله یک نیمههادى با گاف باند تنها - بدون یک باند میانی - تولید شده است.
نقاط کوانتومی قبلا بصورت یک روشی براى ایجاد کردن یک نیمههادى با مشخصات باند میانی مورد نیاز پیشنهاد شدهاند. باند میانی بصورت یک مجموعهاى از سطوح انرژى در داخل گاف باند نیمههادى در نظر گرفته شده است. در تشعشعات محدود راندمان سلول خورشیدى میان باندى از راندمان سلولهاي خورشیدى با گاف باند تنها 40.7 - درصد - و راندمان سلولهاى خورشیدى دو اتصال بزرگتر میباشد. بهرحال در این مقاله ارتباط بین پارامترهاي مختلف نقاط کوانتومی از جمله آفست باند هدایت نقاط کوانتومی و عرض نقاط کوانتومی براي دستیابی به حداکثر راندمان بررسی شده است.
تحلیل نقاط کوانتومی تنها و نقاط کوانتومی تزویج
شده و ارتباط آنها با باند میانی زمانیکه عملکرد سلول خورشیدي میان باندي توصیف میشود، باند میانی در سرتاسر موادي با گاف باند تنها گستره شده است. در این بخش دو حالت بررسی شده است: حالتی که نقاط کوانتومی بصورت تنها قرار دارند، یعنی هیچ تزویجی با نقاط دیگر نداشته باشند. حالتی که نقاط کوانتومی با نقاط کوانتومی دیگر تزویج شده باشند و درنتیجه توابع موج آنها با یکدیگر همپوشانی کرده و باند میانی را تشکیل میدهند.
محاسبه انرژي باند هدایت نقاط کوانتومی با استفاده
از روش جرم موثر در این روش انرژي باند هدایت یک فراشبکه نقطه کوانتومی سیلیکونی سه بعدي با استفاده از روش جرم موثر محاسبه شده است.فراشبکه نقطه کوانتومی سیلیکونی با آرایه اي از نقاط کوانتومی مکعبی با فواصل مساوي روي یک شبکه مکعبی ساده در ماتریس ديالکتریک نشان داده شده است. با پتانسیل نشان داده شده جرم موثر سه بعدي براي حالتی از جرم موثر ایزوتوپی، قابل جدا کردن و کاهش به سه معادله فراشبکه چاه کوانتومی یک بعدي میباشد. براي سیستم مواد نشان داده شده با پتانسیل مشخص شده است.
