محاسبه مولفه‌های اتلاف‌ ذاتی در سلول خورشیدی سیم کوانتومی InGaAs توسط مدل‌بندی تحلیلی و شبیه‌سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه فتونیک، پژوهشکده فیزیک کاربردی و ستاره‌شناسی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، معادلاتی برای محاسبه مولفه‌های اتلاف‌ ذاتی، شامل اتلاف زیرگاف، گرمایی، بولتزمن، کرنت، وگسیلی، در سلول‌های خورشیدی سیم کوانتومی با باند میانی (QWr-IBSC) ارائه گردیده است. این معادلات از روش تعادلی ایده‌آل وبا توجه به تغییراتی که در جذب و گسیل فوتون‌ها به علت باند میانی ایجاد می‌شود، به‌دست می‌آیند. سپس، با روابط ارائه شده در این مقاله، مولفه‌های اتلاف‌ ذاتی برای نمونه تجربی گزارش‌شده QWr-IBSC، که در آن آرایه‌ای منظم از سیم‌های کوانتومی از جنس InxGa1-xAs در ناحیه ذاتی سلول خورشیدی نوعp-ذاتی-نوعn از جنس GaAs قرار گرفته‌است، محاسبه می‌شوند. انجام محاسبات مربوط به اتلاف ذاتی QWr-IBSC نیازمند محاسبه موقعیت و پهنای باند میانی در گاف انرژی GaAs است. موقعیت باند میانی که معادل اولین ویژه مقدار سیم کوانتومی است، با حل معادله شرودینگر به روش المان محدود و پهنای باند میانی با مدل تنگ‌بست به‌دست می‎‌آیند. درنهایت، اثر غلظت مولی ایندیوم برهریک از مولفه‌های اتلاف‌ ذاتی GaAs/InxGa1-xAs QWr-IBSC بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Calculation of intrinsic loss components in the InGaAs quantum wire solar cells using analytical modeling and numerical simulation

نویسنده [English]

  • Zahra Arefinia
Research Institute for Applied Physics and Astronomy, University of Tabriz, Tabriz, 51666-14766, Iran
چکیده [English]

In this paper, the formalism of intrinsic losses, i.e. the below-band gap, thermalisation, Boltzmann, Carnot, and emission losses, is presented for the quantum wire intermediate band solar cells (QWr-IBSCs). For this purpose, a theoretical framework based on the principle of detailed balance approach with the help of physical origins of losses discussed in terms of photon absorption and emission in the presence of IB, is employed. Then, the intrinsic losses for a reported structure of QWr-IBSC where the intermediate band (IB) is introduced by embedding a stack of InxGa1-xAs QWr in the intrinsic layer of p-i-n GaAs solar cell, is calculated by presented formalism in this paper. Regarding that the calculation of position of IB, which is equivalent to the first eigen-energy of QWr, and the width of IB needed to obtain the intrinsic loss components, they are calculated by a finite element method in the context of Schrödinger equation and the tight binding method, respectively. Furthermore, the effect of indium molar fraction on the intrinsic loss components of GaAs/InxGa1-xAs QWr-IBSC is investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • indium molar fraction
  • intermediate band
  • intrinsic loss
  • quantum wire
  • solar cell