توسعه تئوري جامع توصيف رفتارهاي كوانتومي سلول هاي خورشيدي چندپيوندي و مهندسي پيوندگاه مشترك سيليكان بلور و نانو آمورف به منظور بهينه سازي خواص نوري و الكتريكي آن ها

دكتري تخصصي

در اين رساله ساختار جديدي از سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني كه شامل هر دو نوع پيوند همگون و ناهمگون مي¬باشد ارايه و مورد تحليل قرار مي¬گيرد. هدف از ارايه اين ساختار جديد، بهبود عملكرد سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني با پيوند ناهمگون متداول و هم-چنين كاهش حساسيت پارامترهاي خروجي سلول¬خورشيدي به نقص¬هاي سطح مشترك سيليكان بلور و آمورف مي¬باشد. سلول خورشيدي مورد مطالعه از يك زيرلايه سيليكاني نوع n با ضخامت 150 ميكرون بهره مي¬برد. در ساختار پيشنهادي يك لايه¬ نازك سيليكاني (p^+) بر روي سطح فوقاني زيرلايه و يك لايه سيليكاني (n^+) بر سطح زيرين زيرلايه نشانده و سپس بر روي سطح فوقاني به ترتيب لايه¬هاي سيليكان آمورف ذاتي و سيليكان آمورف با ناخالصي نوع p و بر روي سطح زيرين به ترتيب لايه¬هاي سيليكان آمورف ذاتي و سيليكان آمورف با ناخالصي نوع n نشانده مي¬شود. براي تحليل سلول¬خورشيدي ارائه شده، از اصل خنثي بودن بار الكتريكي در كل ساختار يك نيمه¬هادي و تحليل دياگرام باند انرژي استفاده شده و به صورت تحليلي نشان داده مي¬شود كه اضافه كردن اين لايه¬ها به ساختار سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني با پيوند ناهمگون منجر به افزايش ميدان و پتانسيل الكتريكي بر روي دو سطح فوقاني و زيرين زيرلايه شده كه نتايج آن كاهش قابل توجه حساسيت پارامترهاي خروجي به نقص¬هاي سطح مشترك، كاهش بازتركيب سطحي، افزايش ولتاژ مدار باز، افزايش ضريب پري و همچنين بهبود عملكرد سلول¬خورشيدي است. به گونه اي كه پس از بهينه سازي چگالي ناخالصي و ضخامت لايه هاي بافر، ولتاژ مدار باز، ضريب پري و بازدهي به ترتيب 38 ميلي ولت، 5.3 درصد و 1.7 درصد نسبت به سلول خورشيدي بدون لايه بافر افزايش يافته است. ساختار پيشنهادي بر روي سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني پيوند ناهمگون با اتصالات شانه¬اي شده از پشت اجرا و بررسي و نتايج مشابهي براي اين نوع از سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني حاصل شد به گونه اي كه علاوه بر كاهش حساسيت پارامترهاي خروجي سلول خورشيدي نسبت به نقص هاي سطح مشترك سيليكان بلور و آمورف با بهينه سازي لايه هاي بافر، ولتاژ مدار باز، ضريب پري و بازدهي به ترتيب 30 ميلي ولت، 7.4 درصد و 2.5 درصد نسبت به سلول خورشيدي بدون لايه بافر افزايش نشان داد. در اين رساله هم¬چنين اثرات كوانتومي لايه سيليكان آمورف ذاتي در سلول¬هاي خورشيدي سيليكاني با پيوند ناهمگون بررسي مي¬شود و با ارائه يك مدل تحليلي به بازتوليد نتايج تجربي پرداخته مي¬شود. مدل تحليلي ارائه شده نشان مي¬دهد اثرات كوانتومي حامل¬ها درون لايه سيليكان آمورف ذاتي با ضخامت بسيار كم (كمتر از 5 نانومتر) مسؤل رفتارهاي غير¬خطي پارامترهاي خروجي سلول¬خورشيدي به ازاي اين ضخامت-هاي لايه سيليكان آمورف ذاتي هستند و با افزايش ضخامت اين لايه اثرات كوانتومي از بين رفته و رفتار پارامترهاي خروجي نسبت به ضخامت لايه ذكر شده، خطي مي¬شوند.

195348

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر شهرام محمد نژاد

الكترونيك

دكتر محمد عظيم كرمي