بخشی از مقاله
چکیده
سلول های خورشیدی جدارنازک کادمیوم تلوراید/کادمیوم سولفید به واسطه داشتن راندمان عملکرد بالا، بالاضریب صدور بالا،شکاف باند نزدیک به مقدار بهینه برای تبدیل انرژی خورشیدی و هزینه تولید پایین به عنوان یکی از مستعد ترین گزینه ها در صنعت سلول های فتوولتائیک خورشیدی مطرح می باشند.
عملکرد سلول های خورشیدی جدارنازک کارآمد نیازمند طراحی پارامترهای بهینه هر لایه از سلول خورشیدی می باشد.با توجه به آنکه ضخامت لایه های سلول و ضرایب تشعشعی از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار در راندمان هر چندلایه خورشیدی سیلیکون، ایندیوم تین اکساید، روی اکساید، کادمیوم سولفید، کادمیوم تلوراید، مس و نقره می باشد
در این مقاله از روش ماتریس انتقال برای محاسبه خواص تشعشعی سه گانه ضریب صدور ،ضریب انعکاس و ضریب عبور و ضخامت های چندلایه چندلایه خورشیدی در طول موج 0.6199 میکرومتر و زاویه تابش اشعه ورودی 45 درجه در دمای 25 درجه سانتی گراد استفاده شده و سپس از الگوریتم ژنتیک با کد نویسی در نرم افزار MATLAB بهینه سازی کلیه پارامترها انجام شده است.
نتایج نشان می دهد با تغییر در طول موج اشعه ورودی می توان ضریب صدور و انعکاس تا میزان 22.5% و 55% و با تغییر در زاویه تابش اشعه ورودی ضریب صدور و انعکاس تا میزان 27% و 38% بهبود بخشید. همچنین برای تمامی حالات ضریب عبور دارای مقدار تقریبی صفر و ضرایب دیگر دارای رفتار متضاد می باشند.
1 -مقدمه
از اواسط دهه 80میلادی فعالیتهایی جهت آشنایی و شناخت مکانیزمهای انتقال حرارت هدایتی در مقیاسهای کوچک آغاز شده است. ولیکن به مساله انتقال حرارت تشعشعی در مقیاسهای کوچک تا چند سال اخیر توجهی نشد.[1] انتقال حرارت تشعشعی کلید اصلی حل و توجیه بسیاری از فرایندهایی است که در اطراف ما رخ میدهد. فرایندهای گرمایی سریع - RTP - به تکنولوژی کلیدی جهت صنایع نیمه هادیها تبدیل شدهاند. اندازهگیری وکنترل دما در این فرایندها دارای اهمیت حیاتی میباشد
زمانی که منبع تولید گرما در دمایی خیلی بیشتر از دمای لایه سیلیکون باشد، مکانیزم تشعشع پدیده غالب میباشد. بنابراین فهم و درک خواص تشعشعی سیلیکون و دیگر مواد مرتبط با صنایع نیمه هادیها، امری ضروری و اجتناب ناپذیر می باشد. علاوه بر این خیلی از کورههای RTP جهت تخمین دما از ترمومترهای غیر تماسی استفاده میکنند. لذا تخمین دقیق ضریب صدور لایه جهت ارتباط دمای اندازهگیری شده به دمای واقعی لایه، ضروری است.
در سال های اخیر سلول های خورشیدی لایه ی نازک مورد توجه برای کاربرد های فضایی قرار گرفتند.[6-7]ضریب صدور سلول های خورشیدی موجود ناچیز است - حدود. - 0.18 به همین دلیل حرارت در سطح افزایش می یابد و منجر به افزایش دما در سلول می شود و این افزایش دما بر کارکرد مطلوب سلول خورشیدی تاثیر منفی می گذارد. جهت غلبه بر این مشکل می بایست از پوشش هایی با ضریب صدور بالا استفاده نمود. این پوشش ها با ضریب صدور بالا منجر به تنظیم دمای مناسب سطح می شود.
شیمازاکی جهت افزایش ضریب صدور سلول خورشیدی, از دو نوع پوشش استفاده نمود. پوشش های وی شامل یک لایه دی اکسید سیلیکون و یک لایه اکسید آلومینیم و نیز دو لایه از دی اکسید سیلیکون بود.[8] استفاده از پوشش ها موجب افزایش ضریب صدور سلول خورشیدی شد.[8] افزایش ضریب صدور منجر به تعادل دمایی و بازده ی مناسب برای سلول های خورشیدی در فضا شد. وی به کمک آزمایشات تجربی ضرایب بازتاب را بدست آورد. نتایج وی نشان داد, استفاده از لایه های نازک به عنوان پوشش منجر به کاهشضریب بازتاب و افزایش ضریب صدور می شود. افزایش ضخامت پوشش منجر به کاهش بیشتر ضریب بازتاب شد.
شیمازاکی نشان داد, اگرچه جذب بیشتر با پوشش ضخیم تر بدست می آید ولی ضخامت پوشش جهت حصول ضریب صدور بیشینه, باید بهینه شود. نتایج نشان داد که افزایش ضخامت پوشش از یک حد معین منجر به افزایش محسوس در ضریب صدور نمی شود. استفاده از پوشش ضخیم منجر به افزایش تنش, افزایش زبری, افزایش زمان تولید و افزایش هزینه ی پوشش میشود. همچنین استفاده از پوشش های خیلی ضخیم منجر به ترک خوردن و جدا شدن از سطح سلول های خورشیدی می شود و از اینرو این پوشش ها ی خیلی ضخیم جهت کاربردهای فضایی غیر عملی می باشد. آقای شیمازاکی پیشنهاد داد, به جای استفاده از یک پوشش خیلی ضخیم از دو لایه با ضخامت کمتر استفاده شود
لی خواص تشعشعی لایه های نیمه شفاف را شبیه سازی کرد.[9] وی از روش رد یابی پرتو هاجهت شبیه سازی خواص تشعشعی استفاده کرد. وی نتنایج خود را در محدوده ی طول موج 0.5 میکرو متر تا 4.5 میکرومتر ارائه داد. نتایج وی نشان داد پوشش دی اکسید سیلیکون منجر به کاهش شدید ضریب بازتاب می شود. نتایج لی در محدوده ی دمای اتاق تا دمای 500 ºC و برای سیلیکون ضخیم به ضخامت 625 میکرومتر با پوشش دی اکسید سیلیکون به ضخامت 300 نانومتر بررسی شد.
لاتمان لایه های نیترید سیلیکون و کربید سیلیکون را بر روی زیر لایه اصلی سیلیکون به روش رسوب بخارلایه نشانی کرد. وی خواص سختی و تنش این ساختارها را بررسی نمود. نتایج وی نشان دادند که ساختار پوشش داده شده با نیترید سیلیکون و کربید سیلیکون دارا ی سختی بالا هستند و از این ساختارها می توان در سطوحی که نیاز به مقاوت در برابر خوردگی و سایش دارند
