doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-5-626-632


УДК 535.4

Анализ периодически текстурированных кремниевых солнечных элементов с использованием технологии моделирования TCAD

Гуломов Ж., Райимжон А.


Читать статью полностью 
Язык статьи - английский

Ссылка для цитирования:
Гуломов Ж., Алиев Р. Анализ периодически текстурированных кремниевых солнечных элементов с использованием технологии моделирования TCAD // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 5. С. 626–632 (на англ. яз.). doi:10.17586/2226-1494-2021-21-5-626-632


Аннотация
Наиболее эффективный способ улучшения оптических свойств солнечных элементов на основе кремния — формирование текстуры на их фронтальной поверхности. В работе изучено влияние геометрических размеров периодической пирамидальной текстуры, образованной на поверхности солнечного элемента на основе кремния и его фотоэлектрические свойства. При учете оптической теории определено, что оптимальный угол наклона у основания пирамиды составляет 73°7ʹ12ʺ. При использовании программы Sentaurus TCAD обнаружено, что для достижения максимальной эффективности угол наклона у основания пирамиды должен составлять 70°21ʹ0ʺ. Расхождение углов наклона связано с тем, что в модели были учтены электрические, оптические и термические свойства солнечного элемента. Путем моделирования определено, что выходная мощность простого планарного солнечного элемента на основе кремния составляет 6,13 мВт/см2. Выходная мощность солнечного элемента, фронтальная поверхность которой покрыта текстурой в виде пирамиды со средней высотой 1,4 мкм, равна 10,62 мВт/см2. Таким образом, обнаружено, что эффективность солнечного элемента увеличивается в 1,6 раз, когда его фронтальная поверхность покрыта текстурой в виде пирамиды, у которой угол наклона у основания — 70°21ʹ0ʺ.

Ключевые слова: текстура, солнечный элемент, пирамида, кремний, Ray Tracing, моделирование

Благодарности. Авторы выражают благодарность сотрудникам лаборатории «Возобновляемых источников энергии» Андижанского государственного университета за их активную помощь в написании этой статьи.

Список литературы
  1. Xu Y., Gong T., Munday J.N. The generalized Shockley-Queisser limit for nanostructured solar cells // Scientific Reports. 2015. V. 5. P. 13536. https://doi.org/10.1038/srep13536
  2. Wilson G., Al-Jassim M.M., Metzger W., Glunz S.W., Verlinden P., Gang X., Xiong G., Mansfield L.M., Stanbery B.J., Zhu K., Yan Y.F., Berry J.J., Ptak A.J., Dimroth F., Kayes B.M., Tamboli A.C., Peibst R., Catchpole K., Reese M.O., Klinga C.S., Denholm P., Morjaria M., Deceglie M.G., Freeman J.M., Mikofski M.A., Jordan D.C., TamizhMani G., Sulas-Kern D.B. The 2020 photovoltaic technologies roadmap // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. N 49. P. 493001 https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab9c6a
  3. Gu Y.Q., Xue C.R., Zheng M.L. Technologies to reduce optical losses of silicon solar cells // Advanced Materials Research. 2014. V. 953–954. P. 91–94. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.953-954.91
  4. Semenova O.V., Yuzova V.A., Patrusheva T.N., Merkushev F.F., Railko M.Y., Podorozhnyak S.A. Antireflection and protective films for silicon solar cells // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2014. V. 66. P. 012049. https://doi.org/10.1088/1757-899x/66/1/012049
  5. Bouhafs D., Moussi A., Chikouche A., Ruiz J.M. Design and simulation of antireflection coating systems for optoelectronic devices: Application to silicon solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 1998. V. 52. N 1-2. P. 79–93. https://doi.org/10.1016/s0927-0248(97)00273-0
  6. Aliev R., Gulomov J., Abduvohidov M., Aliev S., Ziyoitdinov Z., Yuldasheva N. Stimulation of photoactive absorption of sunlight in thin layers of silicon structures by metal nanoparticles // Applied Solar Energy. 2020. V. 56. N 5. P. 364–370. https://doi.org/10.3103/S0003701X20050035
  7. Gulomov J., Aliev R., Mirzaalimov A., Mirzaalimov N., Kakhkhorov J., Rashidov B., Temirov S. Studying the effect of light incidence angle on photoelectric parameters of solar cells by simulation // International Journal of Renewable Energy Development. 2021. V. 10. N 4. P. 731–736. https://doi.org/10.14710/ijred.2021.36277
  8. Ma X., Liu Z., Liao H., Li J. Surface texturisation of monocrystalline silicon solar cells // Proc. of the Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC 2011). 2011. P. 5748892. https://doi.org/10.1109/appeec.2011.5748892
  9. Gangopadhyay U., Kim K., Dhungel S.K., Basu P.K., Yi J. Low-cost texturization of large-area crystalline silicon solar cells using hydrazine mono-hydrate for industrial use // Renewable Energy. 2006. V. 31. N 12. P. 1906–1915. https://doi.org/10.1016/j.renene.2005.10.002
  10. Han Y., Yu X., Wang D., Yang D. Formation of various pyramidal structures on monocrystalline silicon surface and their influence on the solar cells // Journal of Nanomaterials. 2013. P. 716012. https://doi.org/10.1155/2013/716012
  11. Fang Z., Xu Z., Wang D., Huang S., Li H. The influence of the pyramidal texture uniformity and process optimization on monocrystalline silicon solar cells // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020. V. 31. N 8. P. 6295–6303. https://doi.org/10.1007/s10854-020-03185-1
  12. Manzoor S., Filipič M., Onno A., Topič M., Holman Z.C. Visualizing light trapping within textured silicon solar cells // Journal of Applied Physics. 2020. V. 127. N 6. P. 063104. https://doi.org/10.1063/1.5131173
  13. Kwon S., Yi J., Yoon S., Lee J.S., Kim D. Effects of textured morphology on the short circuit current of single crystalline silicon solar cells: Evaluation of alkaline wet-texture processes // Current Applied Physics. 2009. V. 9. N 6. P. 1310–1314. https://doi.org/10.1016/j.cap.2008.12.014
  14. Dewan R., Marinkovic M., Noriega R., Phadke S., Salleo A., Knipp D. Light trapping in thin-film silicon solar cells with submicron surface texture // Optics Express. 2009. V. 17. N 25. P. 23058–23065. https://doi.org/10.1364/oe.17.023058
  15. Heidarzadeh H., Dolatyari M., Rostami G., Rostami A. Modeling of solar cell efficiency improvement using pyramid grating in single junction silicon solar cell // Proc. 2nd International Congress on Energy Efficiency and Energy Related Materials (ENEFM2014). 2015. P. 61–67. (Springer Proceedings in Energy). https://doi.org/10.1007/978-3-319-16901-9_8


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика