بررسي تاثير استفاده از خواص پلاسموني نانو ذرات نقره در افزايش جذب نور سلول خورشيدي لايه نازك با شبيه سازي سه بعدي

Investigation of the Effect of Using Plasmonic Properties of Silver Nano-Particle on Increasing the Absorption of Thin-Film Solar Cells with 3D Simulation

در اين مقاله به بررسي و شبيه سازي سلول خورشيدي سيليكوني لايه نازك شامل نانوساختارهاي فلزي با هدف بهبود عملكرد و جذب نور سلول پرداخته شده است. ابتدا سلول خورشيدي مسطح مطالعه شد و نمودار طيف جذب نور براي آن به دست آمد. سپس نانوذرات كروي و نانوساختارهاي فلزي از جنس فلز نقره به صورت جاسازي شده در لايه جاذب سلول قرار داده شد. نتايج نشان مي دهد كه حضور نانوساختارها موجب متمركز كردن نور برخوردي در سلول هاي خورشيدي طراحي شده، مي شود. در اين حالت تشديد هاي نوري بر اثر برهمكنش نور ورودي با نانو ساختارهاي فلزي افزايش مي يابد و باعث حركت نور در سطح مشترك فلز و نيمه رسانا مي شود كه همان پديده پلاسمون پلاريتون موضعي است. نتايج شبيه سازي كه با استفاده از روش تفاضل محدود در حوزه زمان به صورت سه بعدي انجام شده، بازده را تقريبا 35 درصد، Jscسلول خورشيدي را به مقدار mA/cm2 ,2/36 و ضريب انباشت را 42/6 % نشان مي دهد.

In this paper, a thin layer silicon solar cell device including metallic nanostructures is designed and studied to improving the performance and absorption of cellular light. First, a flat solar cell structure was studied and a light absorption spectrum was obtained for it. Then spherical nanoparticles and metallic silver nanostructures were embedded in the absorbent layer of the solar cell. The results show that the presence of nanostructures causes the collision of light in the designed solar cells to be concentrated. In this case, optical resonance increases due to the interaction of light input with metal nanoscale structures and causes light to propagate on a common metal and semiconducting surface, which is the same phenomenon of localized polariton plasmon. Simulation results that done with three dimensional finite difference time domain (FDTD) method, show a cellular efficiency of about 35%, Jsc is approximately 36.2 mA/cm2 and fill factor is about 42.6%.