استفاده از ترکیبات Perovskite/CIGS برای طراحی سلول خورشیدی دوپیوندی با بازدهی بالا به منظور کاربرد در تجهیزات دریایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید رجائی

2 آزمایشگاه تحقیقاتی نانوفوتونیک و اپتوالکترونیک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه شهید رجائی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله به طراحی یک سلول خورشیدی دوپیوندی با استفاده از پروسکایت C‌IGS به منظور استفاده از آن به عنوان یک منبع انرژی پاک در تجهیزات دریایی پرداخته می‌شود. در طراحی این ساختار، ابتدا سلول خورشیدی بالایی با لایه جاذب پروسکایت با شکاف باند eV9/1 و سلول خورشیدی زیرین با لایه جاذب CIGS با شکاف باندeV4/1 شببه‌سازی شده‌اند. با توجه به اینکه شکاف باند پروسکایت و CIGS هر دو قابل تنظیم هستند، این دو ماده به عنوان لایه جاذب در سلول خورشیدی دوپیوندی می‌توانند عملکرد مناسبی داشته باشند. برای اتصال دو سلول بالا و پایین از معماری چهارترمیناله استفاده شده است. در این ساختار از پیوند همگون پروسکایت نوع n و نوع p استفاده شده که وظیفه انتقال و جداسازی حامل‌ها به عهده میدان الکتریکی داخلی است و به دلیل کوچکتر بودن ناحیه تخلیه، نسبت به ساختار p-i-n و n-i-p، بازترکیب حامل‌ها افزایش یافته و تلفات نوری کاهش می‌یابد که منجر به افزایش بازدهی می‌شود. بازدهی سلول خورشیدی دوپیوندی طراحی شده 71/30 درصد به دست آمده است. با توجه به بازدهی این سلول خورشیدی و پایداری مناسب آن در شرایط محیطی مختلف، از این ساختار می‌توان به عنوان یک منبع انرژی پاک برای تجهیزات دریایی و ناوبری استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The use of Perovskite/CIGS to design high efficiency dual-junction solar cell for using in marine equipment

نویسندگان [English]

  • Maryam Hedayati 1
  • Saeed Olyaee 2
1 Shahid Rajaee Teacher Training University
2 Shahid Rajaee Teacher Training University
چکیده [English]

In this paper, a dual-junction perovskite/CIGS solar cell is designed to use in marine equipment and navigation systems as a renewable energy source. In this design, first, a top solar cell consisting of a perovskite absorber layer with band gap of 1.9 eV is simulated. Then, bottom solar cell is fabricated with a CIGS absorbent layer with a 1.4 eV band gap. Since the perovskite and CIGS band gaps are both adjustable, these two materials can act as a proper partner for an absorbent layer in a dual-junction solar cell. To connect the top and bottom cells, four‐terminal topology is used. In this structure, instead of the usual connection of p-i-n and n-i-p perovskite, n-type and p-type homojunction perovskite connection is used, in which the transfer and separation of carriers are done by an internal electric field. Due to the fact that in this structure, the discharge area is smaller, the recombination of carriers is increased, and the light losses are reduced, which will increase the absorption and efficiency of the cell. The efficiency of the designed dual-junction solar cell is obtained as 30.71%. According to this efficiency and its stability in different environmental conditions, the designed structure can be used in marine equipment and navigation systems as a renewable energy source.

کلیدواژه‌ها [English]

  • four‐terminal connection
  • homojunction
  • marine equipment
  • multijunction solar cell

مراجع

[1] Tao CS, Jiang J, Tao M. Natural resource limitations to terawatt-scale solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2011 Dec 1;95(12):3176-80.
[2] Sabet MT, Daniali HM, Fathi A, Alizadeh E. A low-cost dead reckoning navigation system for an AUV using a robust AHRS: Design and experimental analysis. IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2017 Dec 4;43(4):927-39.
[3] علمی عزیز حانیه، محسنی آراسته افشین. طراحی و پیاده­سازی یک الگوریتم تعیین توجیه (AHRS) مستقل بر مبنای حسگرهای میکروالکترومکانیکی برای شرایط دینامیک بالا در سامانه­های ناوبری. هیدروفیزیک. 1400؛ 7 (1): 106-93.
[4] Bedair SM, Lamorte MF, Hauser JR. A two‐junction cascade solar‐cell structure. Applied Physics Letters. 1979 Jan 1;34(1):38-9.
[5] Polman A, Atwater HA. Photonic design principles for ultrahigh-efficiency photovoltaics. Nature materials. 2012 Mar;11(3):174-7.
 [6] Mohammadnejad S, Jouyandeh Abkenar N, Bahrami A. Normal distribution profile for doping concentration in multilayer tunnel junction. Optical and Quantum Electronics. 2013 Aug;45(8):873-84.
[7] Dimroth F. High‐efficiency solar cells from III‐V compound semiconductors. physica status solidi c. 2006 Mar;3(3):373-9.
[8] Jianmin H, Yiyong W, Jingdong X, Dezhuang Y, Zhongwei Z. Degradation behaviors of electrical properties of GaInP/GaAs/Ge solar cells under< 200 keV proton irradiation. Solar energy materials and solar cells. 2008 Dec 1;92(12):1652-6.
[9] Rafat NH. A simple analytical treatment of edge-illuminated VMJ silicon solar cells. Solar energy. 2006 Dec 1;80(12):1588-99.
[10] Alam MK, Khan F, Imtiaz AM. Optimization of subcell interconnection for multijunction solar cells using switching power converters. IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2012 Nov 15;4(2):340-9.
[11] Kojima A, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the american chemical society. 2009 May 6;131(17):6050-1.
[12] Gharibzadeh S, Hossain IM, Fassl P, Nejand BA, Abzieher T, Schultes M, et al. 2D/3D heterostructure for semitransparent perovskite solar cells with engineered bandgap enables efficiencies exceeding 25% in four‐terminal tandems with silicon and CIGS. Advanced Functional Materials. 2020 May;30(19):1909919.
[13] He Q, Gu H, Zhang D, Fang G, Tian H. Theoretical analysis of effects of doping MAPbI3 into pn homojunction on several types of perovskite solar cells. Optical Materials. 2021 Nov 1;121:111491.
 [14] Chandrasekaran V. Effect of heat treatments and reduced absorber layer thickness on Cu (In, Ga) Se2 thin film solar cells. MSc Thesis, University of South Florida, 2005.
[15] Sengar BS, Garg V, Kumar A, Dwivedi P. Numerical simulation: Design of high-efficiency planar pn homojunction perovskite solar cells. IEEE Transactions on Electron Devices. 2021 Mar 24;68(5):2360-4.
[16] Hedayati M. Design and Simulation Besed Chalcogenide Tandem Solar Cell to Increase Efficiency. PhD Thesis, SRTTU, 2022.
[17] Sze SM. Semiconductor devices: physics and technology. John Wiley & Sons, 2008.
[18] Hedayati M, Olyaee S. Proposal of CIGS dual-junction solar cell and investigation of different metal grids effect. Optical and Quantum Electronics. 2020 Jul;52:1-2.
[19] Hedayati M, Olyaee S. High-Efficiency pn Homojunction Perovskite and CIGS Tandem Solar Cell. Crystals. 2022 May 15;12(5):703.
[20] Kumar A, Singh S, Mohammed MK, Shalan AE. Computational modelling of two terminal CIGS/perovskite tandem solar cells with power conversion efficiency of 23.1%. European journal of inorganic chemistry. 2021 Dec 21;2021(47):4959-69.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار