ارائه یک مدل مداری بهبود یافته بر اساس مقاومت سری وابسته به ولتاژ برای سلول خورشیدی آلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد، دکترای مهندسی برق

2 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشجوی دکتری مهندسی برق-الکترونیک

چکیده

در این مقاله یک مدل مداری بهبود یافته براساس مدل تک دیودی برای سلول های خورشیدی آلی ارائه شده است. مدل مداری برای استفادة بهینه از سلولهای خورشیدی فتوولتائیک ضروری است. همچنین مدل مداری دقیق به درک بهتر عملکرد رفتاری سلول و فیزیک آن کمک می‌کند. در مدل ارائه شده از یک مقاومت سری وابسته به ولتاژ استفاده شده است. ایدة مقاومت سری وابسته به ولتاژ، در سلول‌های آلی، مبتنی بر قابلیت تحرکِ وابسته به میدان الکتریکی در مواد آلی است. از این رو ابتدا روشی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک برای استخراج پارامترهای اصلی مدل تک‌دیودی ارائه شده است. سپس مبانی فیزیکی این مقاومت سری وابسته به ولتاژ مدل شده است. بعد از آن برای استخراج مقاومت سری متغیر با ولتاژ الکتریکی نیز الگوریتمی جدید پیشنهاد گردیده است. برای ارزیابی مدل ارائه شده، روابط تحلیلی در نقاط مشخص و حدیِ منحنی جریان-ولتاژ نظیر ولتاژ مدارباز به‌کار گرفته شده است. نشان داده شده است که فرض ثابت بودن مقاومت سری خطای زیادی در تعیین آن و محاسبات مبتنی بر آن دارد. در پایان این مدل بهبود یافته و الگوریتم‌های استخراج برای بررسی 5 سلول خورشیدی آلی به‌کار گرفته شده است. استفاده از این مدل بهبود یافته دقت در مدل مداری سلول را افزایش داده است. به طوری که دقت برازش پارامترهای مداری با استفاده از مقاومت وابسته به ولتاژ استخراج شده با الگوریتم پیشنهادی به طور میانگین 1000000 برابر نسبت به برازش با مقاومت ثابت بهبود یافته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Joodaki 1
  • Ali Khorami 2
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • voltage-dependent series resistance
  • Diode equivalent circuit
  • parameters extraction
  • bulk heterojunction organic solar cell