افزايش ميزان جذب نور در سلولهاي خورشيدي نانو ساختاري با يهره گيري از بلور فوتوني يك بعدي تخت

Absorption Increasing In Nanostructure Solar Cells Using 1D Planar Photonic Crystal

آنچه در رابطه با سلول هاي خورشيدي نسل دوم (مبتني بر لايه هاي ناز كه به جاي حجيم) بسيار حائز اهميت است توجه به روش هاي نوين اپتيك و فوتونيك به منظور افزايش طول مسير فوتون درون ناحيه جاذب مي باشد چرا كه به دليل كاهش ضخامت لايه جاذب در اين نسل از سلول هاي خورشيدي فوتونها زمان لازم براي جذاب شان را از دست داده اند و به خاطر كوتاه بودن مسير نوري فوتونها قبل از جذب شدن از محيط خارج مي شوند. در اين پژوهش طراحي اي براي افزايش ميزان جذب در يك لايه نازك جاذب از جنس a - Si با ضخامت 100 نانومتر ارائه مي كنيم. اين كار را با ايجاد يك ساختار بلور فوتوني يك بعدي تخت از جنس خود لايه جاذب انجام مي دهيم. در واقع در نتيجه جفت شدگي ميان نور فرودي و مدهاي بلوخ كند مربوط به بلور فوتوني تخت مي توانيم طول عمر فوتونها را درون لايه جاذب كنترل كرده و در نهايت با بهينه كردن پارامترهاي بلور فوتوني (ثابت شبكه 0/545 ميكرون و فاكتور پر شادگي 63/5 درصد ) مجموع ميزان جذب روي محدوده طول موجي مورد نظر را تا حد 55 درصد افزايش دهيم در حالي كه اين ميزان براي لايه جاذب يكنواخت در حدود 30 درصاد به دست آمد. به دليل اينكه - si a در محدوده طول موج بين 300 تا 750 نانومتر بيشترين جاذب را از خود نشان مي دهد و در طول موجهاي بلندتر از آن تقريبا شفاف است لذا در شبيه سازي تنها روي همين محدوده از طيف طول موج هاي نور خورشيد تاكيد كرده ايم.

What matters about second generation of solar cells (thin film instead of bulk) is to pay attention to new optics and photonics schemes in order to increase optical path through the absorbing medium. For the simple reason that a decrease in the thickness of the absorbing layer of this generation of solar cells, photons lose the sufficient time to be absorbed, and also due to the shortness of the optical path, photons would leave the medium before getting absorbed. In this research we propose a design in order to increase absorption in a thin a-Si layer of 100nm thick. We do this by creating a 1D planar PhC into the absorbing layer. In fact, coupling between slow Bloch modes corresponding to the 1D PhC enables us to control photon lifetime in the absorbing layer and finally increase integrated absorption over the whole spectrum up to 45% by optimizing PhC parameters (a=0.545 􀟤􀝉, ff=63.5%), while this amount was obtained about 30% for unpatterned layer. Due to the fact that a-Si shows the maximum absorption in the spectrum range between 300-750nm and is almost transparent for larger wavelengths, hence we have emphasized on this range of solar spectrum