طراحی و شبیه سازی سلول خورشیدی اتصال شاتکی گرافن/سیلیکن شانه ای بر پایه فلزکاری نامتقارن به منظور افزایش بازدهی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، دانشجوی کارشناسی ارشد

2 دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، استادیار دانشکده برق

چکیده

با استفاده از گرافن در ساختار شاتکی سلول خورشیدی گرافن/سیلیکن، نه تنها می‌توان از خواص منحصر بفرد این ماده به عنوان الکترود استفاده کرد بلکه امکان بهره‌مندی از آن به عنوان ماده جاذب نیز فراهم می‌شود. در این مقاله، دو ساختار جدید از سلول خورشیدی بر پایه پیوند گرافن/سیلیکن پیشنهاد شده است که در آن‌ها امکان جمع‌آوری حامل‌های نوری تولید شده در گرافن، علاوه بر سیلیکن، وجود دارد و این موضوع موجب افزایش بازدهی سلول خورشیدی می‌شود. در پیوند شاتکی گرافن/سیلیکن، میدان الکتریکی ذاتی ایجاد شده در اثر سد شاتکی مابین گرافن و سیلیکن، موجب جداشدن زوج‌های الکترون-حفره تولید شده در سیلیکن شده و جریان نوری در مدار خارجی را موجب می‌شود. در ساختارهای پیشنهادی با ایجاد میدان الکتریکی دیگری در سطح گرافن، امکان تفکیک زوج‌های الکترون-حفره تولید شده در گرافن نیز فراهم می‌شود. این میدان الکتریکی با بهره‌گیری از اثر فلزکاری سطح گرافن بر روی باند دیاگرام آن ایجاد می‌شود. فلزکاری معمول برای اینگونه قطعات دارای ساختاری پنجره‌ای شکل می‌باشد. در چنین ساختاری از گرافن تنها به عنوان الکترود نیمه‌شفاف بهره گرفته می‌شود. دو ساختار پیشنهادی، ساختار فلزکاری نامتقارن و شانه‌ای می‌باشند. نتایج شبیه-سازی‌های انجام شده با نرم‌افزار TCAD Silvaco حاکی از آن است که در سلول خورشیدی اتصال شاتکی گرافن/سیلیکن با ساختار معمول (پنجره‌ای) بازدهی تبدیل توان قطعه 2.7% است در صورتیکه از طریق فلزکاری نامتقارن با استفاده از فلزات با تابع کار متفاوت، بازدهی تبدیل توان قطعه به 3.5% خواهد رسید و با استفاده از فلزکاری سطح بصورت شانه‌ای، این مقدار به 4.3% افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and Simulation of Finger-Shape Graphene\Silicon Schottky Junction Solar Cell based on Asymmetrical Metallization to Enhance the Efficiency

نویسندگان [English]

  • Zeinab PourMohammadi 1
  • Atefeh Rahmaninejad 1
  • Mina Amirmazlaghani 2
چکیده [English]

By the use of graphene in graphene/silicon schottky junction solar cell, we can benefit from the unique characteristics of graphene not only as an electrode but also as an absorbing material. In this paper we have proposed two new structures for the solar cell based on graphene/silicon junction. In these new structures, it is possible to collect the optical carriers generated in graphene as well as silicon and this is the reason of enhancement in the efficiency of the solar cell. The intrinsic electric field made by the schottky barrier between graphene and silicon in graphene/silicon schottky junction, separates the electron-hole pairs generated in silicon under radiation and cause the photo current in external circuit. In our new structures, we have benefited from graphene as an absorber by producing an extra electric field on the surface of graphene layer. The effect of surface metallization on band diagram of graphene will make this electric field. Conventional metallization of graphene solar cells has window-shape structure. In this structure, graphene is used just as a semitransparent electrode. The two proposed metallizations have asymmetrical and interdigitated finger shapes. The simulation is done by TCAD Silvaco software and declares that in conventional graphene/silicon schottky junction solar cell with window like metallization, the PCE is 2.7% whereas in solar cell with asymmetrical metallization by two different work functions, the PCE reaches to 3.5%. By the use of interdigitated finger structure metallization, the PCE would increase to 4.3%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • graphene
  • Surface metallization
  • Schottky junction solar cell
  • TCAD Silvaco