طراحي و شبيه سازي سلول خورشيدي لايه نازك سيليكوني با بازده بالا با استفاده از نانو ذرات نقره

Design and simulation of Silicon thin film solar cell with high efficiency using Nano-particles of silver

در اين مقاله به بررسي و شبيه سازي يك سلول خورشيدي لايه نازك پرداخته ايم. ساختار بهينه شده نهايي شامل يك لايه دي الكتريك بازتابنده با ضريب شكست9/1 و ضخامت 60 نانومتر مي باشد. با توجه به جذب ضعيف نور در لايه هاي نازك سيليكوني (از مرتبه 1 تا 10 ميكرومتر) نسبت به لايه هاي ضخيم ( ضخامت هاي 150 تا 200 ميكرومتر)، ارائه طرحي براي تله اندازي نور در ساختار بسيار ضروري مي باشد. براي اين منظور، در اين تحقيق، آرايه اي از نانو ذرات مربعي و مثلثي شكل از جنس نقره را به كار گرفتيم تا با افزايش راه نوري در محيط جاذب، بهره سلول افزايش پيدا كند. نتايج نشان دادند كه بازده سلول به طور قابل ملاحظه اي براي مد TM (به علت تحريك پلاسمون هاي سطحي نقره) نسبت به ساختار بدون نقره افزايش پيدا مي‌كند.بازده سلول براي ساختاري كه شامل المان هاي مربعي نانو ذرات نقره مي باشد.12 درصد بدست آمد و همچنين، با تغيير هندسه المان هاي نقره به مثلثي، مشاهده شد بازده سلول به 16 درصد افزايش پيدا خواهد كرد.

In this paper, we have investigated and simulated a thin film solar cell by use of Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) method. The final optimized structure is consist of an anti-reflection dielectric layer with refractive index equal to 1.9 and thickness 60.nm. Since the absorption of light in thin silicon (order of 1-10µm) is small compared to that of the conventional thick-cell design (order of 150-200µm), an efficient light trapping scheme is necessary, for this means, an array of Nano square and triangular shape elements composed of silver with period is employed to improve light absorption in thin silicon solar cells by increasing the path light of the incident light. Results show that, the cell efficiency increase significantly for TM mode (due to plasmonic effects) compared to the conventional design and the structures without silver. We obtain an efficiency equal to 12% for the thick of the silicon. In addition, by changing the geometry of the elements to triangular, it is seen that, cell efficiency could increase to 16.%.