توسعه فناوری سلول‌های خورشیدی کم هزینه با کارایی بالا با استفاده از نانوساختارهای پلاسمونیک
محورهای موضوعی : کاربرد شیمی در محیط زیست
1 - استادیار گروه گروه فیزیک، واحد نراق، دانشگاه آزاد اسلامی، نراق، ایران
کلید واژه: سلول های خورشیدی, پلاسمونیک, کریستالی, نانوذرات, GaAs,
چکیده مقاله :
سلول‌های خورشیدی چند پیوندی مرکب III-V عملکرد راندمان فوق العاده بالایی را در طرح هایی که می توان از سلول‌های فرعی با کیفیت مواد بالا و راندمان کوانتومی داخلی بالا استفاده کرد، امکان پذیر می‌کند. با این حال، توالی فاصله باند سلول چند پیوندی بهینه را نمی‌توان با استفاده از مواد نیمه‌هادی ترکیبی منطبق با شبکه به دست آورد. بیشتر رویکردهای فعلی طراحی سلول خورشیدی نیمه هادی مرکب بر روی طرح‌های همسان شبکه یا رشد دگرگونی متمرکز هستند، که ناگزیر منجر به انعطاف پذیری طراحی کمتر یا کیفیت مواد کمتر از حد مطلوب می شود. یک رویکرد جایگزین، به کارگیری اتصالات پیوندی مستقیم بین زیرسلول‌های یک سلول چند پیوندی است که با محدود کردن شبکه، نقص مورد نیاز برای تطبیق عدم تطابق شبکه به رابط‌های اتصال تونلی، مناطق فعال عاری از جابجایی را قادر می‌سازد. برای یک سلول خورشیدی چند اتصالی متصل به هم مستقیم، یک سلول یکپارچه GaAs/InGaAs با یک اتصال تونلی n+GaAs/n+InP بدون فلز با تماس اهمی بسیار رسانا مناسب برای کاربردهای سلول خورشیدی است که بر عدم تطابق شبکه 4% غلبه می کند. طیف کارایی کوانتومی برای سلول پیوندی کاملاً مشابه با هر یک از زیرسلول‌های GaAs و InGaAs بدون پیوند بود. ولتاژ مدار باز سلول دو پیوندی باند برابر با مجموع ولتاژهای مدار باز سلول فرعی غیرپیوندی بود، که نشان می‌دهد فرآیند پیوند کیفیت مواد سلول را کاهش نمی‌دهد زیرا هر گونه نقص کریستالی ایجاد شده که به عنوان مراکز نوترکیبی عمل می‌کند، باعث کاهش ولتاژ می‌شود. همچنین، رابط پیوندی نرخ نوترکیبی حامل قابل توجهی برای کاهش ولتاژ مدار باز ندارد.
III-V compound multijunction solar cells enable ultra-high efficiency performance in designs where sub-cells with high material quality and high internal quantum efficiency can be used. However, the optimal multijunction cell bandgap sequence cannot be achieved using lattice-matched compound semiconductor materials. Most of the current approaches to compound semiconductor solar cell design are focused on lattice-matched designs or transformation growth, which inevitably leads to less design flexibility or suboptimal material quality. An alternative approach is to employ direct junctions between subcells of a multi-junction cell, which by constraining the network, the defect required to accommodate the network mismatch to the tunnel junction interfaces, enables displacement-free active regions. For a direct-coupled multi-junction solar cell, a GaAs/InGaAs monolithic cell with a metal-free n+GaAs/n+InP tunnel junction with a highly conductive ohmic contact is suitable for solar cell applications that overcome the 4% grid mismatch.slow The quantum efficiency spectra for the grafted cell were quite similar to each of the ungrafted GaAs and InGaAs subcells. The open-circuit voltage of the double-band bonded cell was equal to the sum of the open-circuit voltages of the non-bonded subcell, indicating that the bonding process does not reduce the quality of the cell material because any crystal defects created that act as recombination centers cause a voltage drop. Also, the junction interface does not have a significant carrier recombination rate to reduce the open circuit voltage.
[1] Luo, D., Su, R., Zhang, W., Gong, Q., Zhu, R., Vignolini, L., 2020, Minimizing non-radiative recombination losses in perovskite solar cells. Nat Rev Mater, 5 (1), 44-60.
[2] Han, S. E., Chen, G., 2010, Optical absorption enhancement in silicon nanohole arrays for solar photovoltaics. Nano Lett, 10, 1012-1015.
[3] Jamiati, M., 2020, Kinetic Energy Distribution for Neutron-Induced Fission of Thorium Isotopes. Physics of Atomic Nuclei, 83, 859–865.
[4] Schertel, L., Vignolini, S., 2020, Nanotechnology in a Shrimp Eye’s View. Nature Nanotechnology, 15, 87-88.
[5] Katsuaki, T., 2008, Low-Cost High-Efficiency Solar Cells with Wafer Bonding and Plasmonic Technologies. In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy, California Institute of Technology Pasadena, California.
[6] Katsuaki, T., 2009, Review of Ultrahigh Efficiency III-V Semiconductor Compound Solar Cells: Multijunction Tandem, Lower Dimensional, Photonic Up/Down Conversion and Plasmonic Nanometallic Structures. Energies, 2(3), 504-530.
[7] Patil, A., Mishra, V., Thakur, S., Riyaz, B., Kaur, A., Khursheed, R., Patil, K., Sathe, B., 2019, Nanotechnology Derived Nanotools in Biomedical Perspectives: An update. Current Nanoscience, 15, 137-146.
[8] Jamiati, M., 2021, Modeling of MaximumSolar Power Tracking by Genetic Algorithm Method. Iranian (Iranica) Journal of Energy & Environment, 12(2), 118–124.
[9] Raj S., Jose S., Sumod U.S., Sabitha M., 2012, Nanotechnology in cosmetics: Opportunities and challenges. J. Pharm. Bioallied Sci., 4, 186–193.
[10] Jamiati, M., Mehdipour, K. P., 2020, The calculation of total fragment excitation energy for photofission of Uranium isotopes. Turkish Journal of Physics, 44(4), 364–372.
[11] Lv, P., Xie, D., Zhang, Z., 2018, Magnetic carbon dots based molecularly imprinted polymers for fluorescent detection of bovine hemoglobin. Talanta, 188, 145-151.
[12] Cotal, H., Fetzer, C., Boisvert, J., Kinsey, G., King, R., Hebert, P., Yoon, H., & Karam, N, 2009, III-V multijunction solar cells for concentrating photovoltaics. Energy and Environmental Science, 2(2), 174-192.
[13] Cheng, K. Y., 2020, Heterostructure Electronic Devices. Energy and Environmental Science, 2(2), 174-192.