ارائه يك مدل مداري بهبود يافته بر اساس مقاومت سري وابسته به ولتاژ براي سلول خورشيدي آلي

A modified equivalent circuit model for Organic Solar Cells based on voltage dependent series resistance

در اين مقاله يك مدل مداري بهبود يافته براساس مدل تك ديودي براي سلول هاي خورشيدي آلي ارائه شده است. مدل مداري براي استفاده بهينه از سلولهاي خورشيدي فتوولتائيك ضروري است. همچنين مدل مداري دقيق به درك بهتر عملكرد رفتاري سلول و فيزيك آن كمك مي كند. در مدل ارائه شده از يك مقاومت سري وابسته به ولتاژ استفاده شده است. ايده مقاومت سري وابسته به ولتاژ، در سلول هاي آلي، مبتني بر قابليت تحرك وابسته به ميدان الكتريكي در مواد آلي است. از اين رو ابتدا روشي مبتني بر الگوريتم ژنتيك براي استخراج پارامترهاي اصلي مدل تك ديودي ارائه شده است. سپس مباني فيزيكي اين مقاومت سري وابسته به ولتاژ مدل شده است. بعد از آن براي استخراج مقاومت سري متغير با ولتاژ الكتريكي نيز الگوريتمي جديد پيشنهاد گرديده است. براي ارزيابي مدل ارائه شده، روابط تحليلي در نقاط مشخص و حدي منحني جريان-ولتاژ نظير ولتاژ مدارباز به كار گرفته شده است. نشان داده شده است كه فرض ثابت بودن مقاومت سري خطاي زيادي در تعيين آن و محاسبات مبتني بر آن دارد. در پايان اين مدل بهبود يافته و الگوريتم هاي استخراج براي بررسي 5 سلول خورشيدي آلي به كار گرفته شده است. استفاده از اين مدل بهبود يافته دقت در مدل مداري سلول را افزايش داده است. به طوري كه دقت برازش پارامترهاي مداري با استفاده از مقاومت وابسته به ولتاژ استخراج شده با الگوريتم پيشنهادي به طور ميانگين 1000000 برابر نسبت به برازش با مقاومت ثابت بهبود يافته است.

A single-diode circuit model with a voltage-dependent series resistance is introduced for Organic Solar Cell (OSC). This modified equivalent circuit model benefits from simplicity of the equivalent circuit while it predicts the device behavior accurately. Voltage dependency of series resistance of OSCs is mainly related to the internal processes of charge transport. The received charges at electrodes are influenced by space charge effect and many other physical parameters including exciton lifetime, dissociation rate, and free carrier recombination. The carrier transport process from donor/acceptor interface to electrodes is governed by its mobility. Also, the carrier mobility of organic material depends on the field variation. The voltage-dependent series resistance is not often used in today’s OSC circuit models due to the lack of a reliable field-dependent extraction method. This refined model expands its application in finding optimum bias, behavior analysis and efficiency improvement of OSCs. In this paper, as the first step, voltage-dependent series resistance is modeled. Then a new algorithm is proposed for extracting the voltage-dependent series resistance. Finally, the consistency of the extracted field dependent series resistance with previous literature is discussed. It is shown that the average mean square errors (MSE) of the predicted J-V characteristics by the new approach for five cells under test are improved by a factor of 106 in comparison with those of a constant value Rs approach.