مدل سازي و بررسي خواص الكتريكي لايه هاي نيمه رسانا در سلول هاي خورشيدي كلكوژن و كستريت

كارشناسي ارشد

در اين پايان نامه مدل سازي سلول هاي خورشيدي (CIGS(e و (CZT(S,Se با توجه به نسبت مواد به كار رفته در تركيب لايه جاذب اين دو نوع سلول با كدهاي محاسباتي اسكپس و كامسول انجام شده است. در ابتدا، سلول خورشيدي (CIGS(e با لايه بافر CdS و SnS2 با نرم افزار SCAPS مدل سازي شد. با توجه به نتايج مدل سازي، SnS2 ماده اي بسيار مناسب جهت جايگزيني با ماده سمي CdS مي باشد. همچنين، عملكرد سلول خورشيدي (CIGS(e با لايه بافر SnS2 به اندازه سلول خورشيدي (CIGS(e با لايه بافر CdS مطلوب است، VOC در هر دو ماده تقريبا يكسان بوده اما JSC با جايگزيني CdS با SnS2 تا حدودي افزايش يافته است كه دليل اين امر كاهش سد انرژي (CBO) آفست نوار رسانش در مقابل الكترون ازeV ۰/۲۱ به eV ۰/۰۸ بوده است. در حالت جديد بازده تقريبا 14/2درصد افزايش يافته است. در بخش بعدي سلول خورشيدي (CZT(S,Se كه مبتني بر نتايج آزمايشگاهي بود با كد محاسباتي اسكپس مدل سازي و منحني هاي چگالي جريان-ولتاژ، بازده كوانتومي و منحني چگالي بار بدست آمده، با نتايج تجربي مقايسه و منطبق شدند. نتايج نشان مي¬دادند نقص¬هاي(VZn(-,0 در لايه هايCZTS و CZTSe ، يا (CuZn(-,0 در لايه CZTSe بعنوان نقص پذيرنده، و(ZnCu(+,0 در لايه CZTSe بعنوان نقص دهنده در لايه جاذب (CZT(S,Se و ديفكت كلاستر CuSn+SnCu بوده¬اند. در ادامه اثر تغيير خمش نوار رسانش، تحرك الكتروني، چگالي الكترون و ضخامت لايه بافر در هر دو سلول خورشيدي ياد شده بررسي شد. اين بررسي¬ها باعث شدند تا چندين ماده نيمه رسانا بعنوان لايه بافر مناسب پيشنهاد شوند. كه در ادامه لايه بافر SnS2 كه در آزمايشگاه سنتز شده بود، مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج مدل سازي ها نشان مي دادند كه با جايگزيني لايه بافر SnS2 بجاي لايه بافر CdS، خمش نوار رسانش بين لايه بافر و جاذب از eV 28/0 به eV 21/0 كاهش يافته است و در نتيجه باعث بهبود چگالي جريان از mA/cm2 ۳۴/۹۸ به mA/cm2 ۳۵/۶۹ در سلول (CZT(S,Se مي شود، بطوريكه بازده آن نسبت به CdS تقريبا ۲/۱۹ درصد افزايش يافته است. در آخر، سلول خورشيدي مبتني بر لايه نازك (CZT(S,Se را كه مبتني بر نتايج تجربي آزمايشگاهي بود براي دو نمونه با شماره هاي c06 و c09 كه بازده ۱۱/۶۲ و ۱۰/۳۳ را دارا بودند، با كد محاسباتي كامسول مدل سازي شدند. اثر پتانسيل اتصال جلو و در نهايت اثر سطوح نقص هايي كه در بازه گاف نواري سلول قرار دارند( با توجه به محاسبات DFT ) بررسي گرديد، نتايج حاكي از اين بودند كه مي توان با تغيير سطوح انرژي نقص¬ها، بگونه اي كه از تراز فرمي الكتروني لايه جاذب دور باشند و نيز با كم كردن چگالي حامل هاي نقص، به ماكزيمم بازده سلول هاي خورشيدي (CZT(S,Se دست پيدا كرد.

191714

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر نيما تقوي نيا

فيزيك حالت جامد

دكتر امير حسين احمد خان كردبچه