پروژه های آماده مهندسی مواد

موضوع این پروژه آماده، بهینه‌سازی عملکرد سلول‌های خورشیدی سیلیکونی بلورین با لایه‌های نانویی ضدانعکاس مبتنی بر شبیه‌سازی TCAD در سیلواکو می باشد. چکیده بازتاب بالای سطح سیلیکون بلورین یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده‌ی راندمان سلول‌های خورشیدی است و می‌تواند در صورت نبود لایه‌ی ضدانعکاس، تا حدود ۳۰٪ توان نوری ورودی را قبل از جذب در لایه‌ی فعال تلف کند . در سال‌های اخیر، لایه‌های نانویی و متاسرفیس‌های ضریب شکست شیب‌دار با استفاده از نظریه‌ی محیط مؤثر به‌عنوان راهکاری کارآمد برای کاهش بازتاب پهن‌باند و همه‌جهته روی سلول‌های سیلیکونی پیشنهاد شده‌اند. در این مقاله، ابتدا یک سلول خورشیدی سیلیکونی بلورین نوع p با ساختار صنعتی متداول در محیط TCAD نرم‌افزار Silvaco ATLAS مدل‌سازی شده و سه حالت بدون لایه ضدانعکاس، پوشش تک‌لایه‌ی Si₃N₄ و پوشش نانویی graded-index مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ساختار پیشنهادی، لایه‌ی نانویی ضدانعکاس به‌صورت مجموعه‌ای از ۳۰ لایه‌ی نازک با ضریب شکست مؤثر n(z) مدل شده که بر اساس نظریه‌ی محیط مؤثر از n≈۱ در مرز هوا تا n≈۴ در مرز سیلیکون تغییر می‌کند. پارامترهای پروفایل n(z) و ضخامت کل لایه ARC با استفاده از یک الگوریتم فراابتکاری ازدحام ذرات (PSO) در حلقه‌ای خودکار بین Python و Silvaco بهینه شده‌اند؛ به‌طوری که تابع هدف، کمینه‌سازی بازتاب میانگین طیفی در بازه‌ی ۳۰۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر و بیشینه‌سازی هم‌زمان جریان اتصال کوتاه و راندمان تبدیل توان را در بر می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که میانگین بازتاب سطحی از حدود ۳۰٪ در ساختار بدون ARC به حدود ۱۴٪ برای پوشش تک‌لایه‌ی Si₃N₄ و حدود ۶٪ برای لایه‌ی نانویی graded-index کاهش می‌یابد. در نتیجه، جریان اتصال کوتاه از ۳۳٫۲ mA/cm² در ساختار بدون ARC به ۳۶٫۷ mA/cm² برای Si₃N₄ و ۳۹٫۱ mA/cm² برای ساختار پیشنهادی افزایش یافته و راندمان کل سلول به‌صورت نمونه از ۱۵.۵٪ به ۱۸.۰٪ و نهایتاً ۱۹.۵٪ بهبود می‌یابد. چارچوب پیشنهادی، یک ابزار طراحی هوشمند مبتنی بر شبیه‌سازی TCAD برای مهندسان برق فراهم می‌کند که به‌سادگی به مواد و ساختارهای نانویی دیگر نیز قابل تعمیم است. کلمات کلیدی: سلول خورشیدی سیلیکونی بلورین ، لایه نانویی ضدانعکاس ، ضریب شکست شیب‌دار، شبیه‌سازی TCAD