بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله ابتدا یک سلول دو پیوندی متشکل از CIGS/CdS را طراحی و با نرم افزار سیلواکو شبیه سازی کردیم سپس از لایه ZnO به عنوان پوشش ضد انعکاس استفاده کردیم و بعد سعی در برقراری تطبیق جریان در سلول بالایی و پایینی با تغییر ضخامت پوشش ضد انعکاس کردیم و در بهینه ترین حالت Voc=2 [V ] و
Isc=19.14×10-3 mA/cm2 در این حالت بازده به 30.43% رسید.
مقدمه
امروزه کمبود سوختهای فسیلی و آلودگیهای زیست محیط ناشی از مصرف آن، یکی از بزرگترین معضلات جوامع بشری می باشد. در عین حال با پیشرفت روز افزون تکنولوژی ، استفاده از انرژی های تابشی خورشید و باد به عنوان سر آمد انرژی های موجود، در اختیار بشر قرار گرفته است چرا که دسترسی به آن آسان و مقدار آن نیز نامحدود است ضمن آنکه استفاده از این انرژی ها، هیچگونه آلودگی برای محیط زیست ندارد و به این دلیل به نام انرژی پاک یا انرژی سبز نام گرفته است که همان انرژیهای نو و میراث با ارزشی برای نسلهای آینده است.
سلول خورشیدی یا سلول فتوولتائیکی افزاره ای است که نور را بطور مستقیم، توسط اثر فتوولتائیکی ، به الکتریسیته تبدیل می کند. فتوولتائیک - PV - ، روش ساده ای برای استفاده از انرژی خورشید است . ادوات فتوولتائیک - سلول های خورشیدی - در تبدیل مستقیم اشعه خورشید به الکتریسیته منحصر به فرد اند.آن ها به دلیل انجام دادن این تبدیل بدون نویز و آلودگی، قوی، قابل اطمینان و ماندگار شده اند. گاهی عبارت سلول خورشیدی تنها برای افزاره هایی استفاده می شود که انرژی خود را از نور خورشید به دست می آورند، در حالی که عبارت سلول فتوولتائیکی هنگامی استفاده می شود که منبع نور بتواند هر چیزی باشد.
سلول های خورشیدی تک لایه از جمله نمونه اولیه سلول های خورشیدی بود مشکلی که این نوع سلول ها با آن رو به رو بودن بازده بسیار کم بود.
امروز افزاره های چند پیوندی پربازده ترین سلول های خورشیدی می باشند.در این سلول ها نور خورشید که به زمین می رسد شامل طول موجهای 47 درصد مادون قرمز، 46 درصد نور مرئی و 7 درصد فرابنفش میباشد از این رو سلولهای خورشیدی باید در ناحیه مادون قرمز و نور مرئی جذب بالایی داشته باشند. به کارگیری مواد گوناگون با شکاف باندهای انرژی مختلف باعث جذب طیفها و طول موجهای متفاوتی در افزاره ها میشود. پس با به کار بردن سلولهای خورشیدی چند پیوندی ، جذب نور بیشتر و بازده بالاتری داریم.یکی از موادی که در طراحی و ساخت سلول خورشیدی استفاده میکنیم CIGS است.
CIGSبرای استفاده در سلول های خورشیدی بازده بالا به چند دلیل مناسب می باشد. شکاف انرژی CIGS از 1.07الکترون-ولت تا 1.69الکترون- ولت متغییر میباشد که میتوان برای هر کار برد خاص باند گپ متناسب را در نظر بگیریم ، CIGSضریب جذب بالایی دارد و در برابر آسیب های تابشی بسیار مقاوم است، از این رو برای استفاده در سلول های خورشیدی بازده بالا مناسب می باشد.
سلول خورشیدی دو پیوندیCIGS/CdS
تمایل به افزایش توان خروجی سلول های خورشیدی منجر به ساخت سلول های خورشیدی متشکل از چندین لایه از مواد مختلف شد. نتیجه آن افزایش بازدهی کلی سلول خورشیدی بود، زیرا مواد مختلف نوار های I-V مختلفی دارند. یک سلول خورشیدی دو پیوندی با طراحی مناسب دارای بازدهی بالاتری است، زیرا لایه های اضافی انرژی بیشتری را جذب می کنند حتی اگر ماده بالایی میزان قابل توجهی فوتون را مصرف کند. نمودار طیف جذبی برخی مواد استفاده شده در سلول خورشیدی در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل - : - 1 طول موج و طیف جذبی .[1] CIGS
اتصال چندین لایه روی هم باعث افزایش بازدهی کل سلول می شود. قابل توجه است که هنگامی که همه این مواد روی هم قرار می گیرند، ولتاژ همه آنها با هم جمع می شود در حالی که کمترین جریان تعیین کننده جریان کل سلول است. سلول خورشیدی دو پیوندی که در این مقاله بر روی آن متمرکز شده ایم، سلولCIGS/CdSاست، که این مواد به ترتیب از بالا به پایین بر روی هم قرار گرفته اند. دیاگرام ساده این ساختار در شکل - 2 - نشان داده شده است.
شکل - : - 2سلول خورشیدیCIGS/CdS
ساختار سلول خورشیدی پیشنهادی از بالا به پایین شامل 0.03µm لایه Vacuum ،0.055ʽm لایه ZnOبه عنوان پوشش ضد انعکاس ،0.05µm لایه n-CdS به عنوان لایه بافر با غلظت ناخالصی 1×1017 cm-3،0.1815µmلایه p-CIGS به عنوان لایه جذب کننده با غلظت ناخالصی 8×1016cm-3،0.03ʽmوکیوم به عنوان پیوند تونلی سلول ،0.055µm لایه ZnOبه عنوان پوشش ضد انعکاس ،0.05µm لایه n-CdS به عنوان لایه جذب کننده با غلظت ناخالصی 1×1017cm-3 ،4µm لایه p-CIGS به عنوان لایه بافر با غلظت ناخالصی 8×1016cm-3 و 0.287ʽm لایه Goldبه عنوان کنتاکت می باشد.در این ساختار ماده CdSکمترین ولتاژ را نسبت به CIGS ایجاد می کند.
نحوه محاسبه بازده
هر سلول خورشیدی یک منحنی جریان - ولتاژ منحصر به فرد دارد که از ولتاژ صفر، جایی که جریان Isc است شروع شده و در جایی که ولتاژ Voc است و جریان برابر صفر است، پایان مییابد. ماکزیمم توان سلول خورشیدی Pmax پارامتر مهمی است. مستطیل ماکزیمم توان توسط نمودار I-V حاصل می شود و با کشیدن خط های مستقیم در ناحیه خارجی ماکزیمم نقاط جریان و ولتاژ ایجاد میشود. نمودار I-V برای یک سلول خورشیدی با مستطیل بیشترین توان در - 3 - رسم شده است. نقاط A و B در این شکل دو مستطیل توان را برای این سلول خورشیدی نشان میدهند و نقطه بیشترین توان MPP در این شکل مستطیل بیشترین توان را برای این سلول خورشیدی نشان میدهد.
