بخشی از مقاله
چکیده
از عمده مشکلات ما برای ساخت سلول خورشیدی می توان به زمان بر بودن مراحل ساخت، هزینه زیاد، دقیق نبودن ابزارهای آزمایشگاهی و... اشاره نمود. بدین منظور برای به حداقل رساندن این مشکلات از نرم افزار هایی که در این راستا طراحی شده اند، استفاده می شود. در این آنالیز از نرم افزار SCAPS نسخه 3.3.05 استفاده شده است.
در این مقاله به کمک قابلیت های این برنامه از جمله، متغیر سازی همزمان 9 لایه یا 9 پارامتر مختلف و همچنین تطابق نتایج تجربی با نتایج تئوری، بهترین پارامتر به منظور شبیه سازی بازده کوانتومی و جریان، استخراج شده است. برای اطمینان از اجرای درست برنامه، ضخامت لایهها بر اساس مقاله [1] ثابت در نظر گرفته شده است. بر طبق آن ضخامت لایه جاذب برابر با 350 nm، لایه انتقال دهنده الکترون - 70 nm - ETL، و لایه انتقال دهنده حفره 300 nm - HTL - می باشد. بازده مشاهده شده از طریق شبیه سازی11.64 درصد می باشد که با نتایج به دست آمده برای سلول خورشیدی پروسکایتی مورد استفاده در مقاله[1] با اختلاف 0.5 درصد تطابق دارد.
مقدمه
همه این اندازه گیری ها می تواند در شرایط تاریک و روشن و همچنین در دماهای مختلف و روشنایی متفاوتی بدست بیاید. این نرمافزار قابلیت طراحی تا هفت لایه را دارد. همچنین این نرم افزار قابلیتهایی همچون، تنظیم دما، ولتاژ مناسب سلول، در نظر گرفتن سطوع عیوب، تنظیم نور فرودی، برازش با کارهای تجربی و ... می باشد.
سلول خورشیدی پروسکایتی
در سالهای اخیر استفاده از هالیدهای آلی، غیر آلی موسوم به ماده پروسکایت در ساخت سلولهای خورشیدی مورد توجه قرار گرفته است. از مواد پروسکایتی در لایه جاذب سلولهای خورشیدی استفاده میشود. این نوع سلولها، بر خلاف سلولهای خورشیدی سیلیکونی، را میتوان با مصرف انرژی کم، بدون نیاز به تجهیزات پیچیده و تنها در چند مرحله تولید کرد.
تنها کافی است تا محلولی از مواد را روی سطحی قرار داد، منتظر ماند تا ترکیب شوند. نتیجه این عمل لایههای ضخیم از پروسکایتهای کریستال شده است. از دیگر ویژگی پروسکایتها میتوان به گاف مستقیم، پایداری مناسب قابلیت انتقال خوب الکترون و حفرههای نوری ویژگیهای اپتیکی قابل تنظیم توسط تغییر ساختار پروسکایت مورد استفاده تحرک پذیری مناسب حاملهای بار در کنار ساخت نسبت ساده و ارزان اشاره کرد.[4-3]
ساخت دستگاه سلول خورشیدی
از عمده مشکلات ما برای ساخت سلول خورشیدی می توان به زمان بر بودن مراحل ساخت، هزینه زیاد، دقیق نبودن ابزارهای آزمایشگاهی و... اشاره نمود. بدین منظور، برای به حداقل رساندن این مشکلات از نرم افزار هایی که در این راستا طراحی شده اند، استفاده می شود. در این آنالیز از نرم افزار SCAPS نسخه 3.3.05 استفاده شده است. برای اطمینان از مراحل اجرای برنامه و انجام محاسبات در نرم افزار لازم است ابتدا نتایج تجربی با نتایج تئوری تطابق یابد. در اکثر پژوهش ها روند این کار به صورت آزمون و خطا و به طور دستی انجام می پذیرد.
در این پژوهش با استفاده از قابلیت های منحصر به فرد این نرم افزار این عمل انجام شده است. بدین منظور ضخامتهای لایهها بر اساس مقاله [1] ثابت در نظر گرفته شده است. طبق آن ضخامت لایه جاذب برابر با 350 nm، لایه انتقال دهنده الکترون - 70 nm - ETL، و لایه انتقال دهنده حفره 300 - HTL - nm درنظر گرفته شده است. با استفاده از پنجره Batch setup panel و همچنین پنجره curve fit setup بعضی از پارامترهای استخراج شده مورد بازنگری قرار می گیرند تا جایی که بتوان گفت نتایج بدست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی به طور تقریبی با هم انطباق دارند.
نحوه انجام کار
از قابلیتهای برنامه اسکپس، امکان محاسبه همزمان تغییرپارامترهای مختلف چند لایه می باشد. در این قسمت تا حدود 9 نوع لایه و یا 9 پارامتر مختلف را میتوان متغیرسازی کرد. با انتخاب لایه و پارامتر مورد نظر میتوان بازه تغییرات را به همراه تعداد گامهای تغییرات مشخص کرده و برای سهولت کار تغییرات این گامها بصورت لگاریتمی یا خطی در نظر گرفته می شوند. تعداد حالتهایی که برای حل به وجود میآیند برابر با حاصل ضرب تعداد گامهای انتخابی است. این تعداد گامها باید طوری انتخاب شود که سیستم جوابگوی این حالتها باشد.
از دیگر قابلیتهای برنامه اسکپس، پنجره curve fitting می باشد که به کمک این پنجره می توان عمل تطابق سازی را انجام داد. ابتدا داده های اولیه به سیستم داده می شود سپس پارامترهایی متغیر را در قسمت Batch setup پیدا نموده، بدین گونه با باز شدن این پنجره با کلیک بر روی گزینه Add ، لایه مورد نظر به همراه پارامتر مورد نیاز را انتخاب نموده. همانگونه که قبلا اشاره شده است در این قسمت میتوان تا حدود 9 لایه مختلف به همراه پارامترهای آن متغیر سازی کرد.
پس از انتخاب پارامتر مورد نظر و اعمال تغییرات به سراغ پنجره curve fit setup می رویم. در بالای پنجره curve fit setup گزینه Parameters to be fitted to the measurements - can only be changed in the Batch set - up panel - مشاهده می شود. در این قسمت پارامترهای متغیری مشاهده می شود که قبلا در قسمت Batch set- up تعریف شده است و محدوده تغییرات آن نیز همان بازهای است که قبلا مشخص شده است.
در قسمت measurements to be fitted - you should define at least one measurement - داده مورد نظر جهت منطبقسازی به صورت فایل به برنامه داده میشود. و در قسمت measurements کافیست با استفاده از گزینه Add به افزودن داده هایی که قرار است عمل تطابق صورت بگیرد، پرداخته شود. داده هایی را که به صورت فایل تعریف شده است، به عنوان مثال light i-v، که با فرمتiv قبلا ذخیره شده است را بارگذاری کرده و پس از انتخاب حتما باید نوع تغییرات، لگاریتمی یا خطی بودن را نیز مشخص نمود. با انتخاب گزینه show، نمودار اصلی در قسمت نتایج نشان داده می شود.
در قسمت Is there a fixed parameter for this measurement?، پارامترهایی که از بین تجربی و تئوری ثابت هستند را وارد کرده، همانند ضخامت که با قطعیت می دانم دقیقا چند نانومتر یا چند میکرومتر است. ولی برای پارامترهای دیگر میدانیم که قطعیتی وجود نداشته و به همین دلیل محدوده تعریف شده است. با انتخاب تعداد گامهای حل و در نهایت تایید کردن میتوانیم نتایج را مشاهده نمود - شکل. - 1 بعد از انجام تنظیمات لازم، بر روی گزینه calculate: curve fitting در پنجره اصلی کلیک کرده و در نهایت برنامه شروع به محاسبات می کند. با کلیک کردن بر روی گزینه curve fitting results در همان پنجره اصلی میتوان نتایج را مشاهده نمود.
آن دسته از دیتاهایی که به واقعیت نزدیکتر هستند در نمودار بیشترین تجمع نقاط را دارند این عمل منطبقسازی بارها و بارها تکرار میشود. بعد از چندین بار محاسبات و همچنین تحلیل درست میتوان عمل مطابق سازی را به خوبی انجام داد. حال که محاسبات کامل انجام شده است با کلیک بر روی گزینه write the best parameter set into the cell definition میتوان بهترین پارامتر را انتخاب نموده و جایگزین پارامتر قبلی شود. با بازگشت به پنل set problem این تغییر را میتوان مشاهده نمود. و این یعنی، بهترین پارامترهای برای این محاسبات برای تطابق داده ها انتخاب شدهاند.
