NUMERICAL SIMULATION OF THERMAL BEHAVIOR AND OPTIMIZATION OF a-Si/a-Si/C-Si/a-Si/A-Si HIT SOLAR CELL AT HIGH TEMPERATURES

Jabbar Ganji

Анотація


Цель. Кремниевые гетероструктурные солнечные элементы, в частности гетеропереходы с ячейками внутреннего тонкого слоя (HIT), в последнее время рекомендуются для использования в качестве кремниевых элементов, поскольку они легко изготавливаются при низкой температуре обработки и имеют высокую оптическую и температурную стабильность, а также более высокий к.п.д., чем солнечные элементы на основе гомоперехода. В настоящей работе впервые предлагается относительно точная вычислительная модель для более точного расчета теплового поведения таких ячеек. В этой модели для всех слоев полупроводника рассматривается температурная зависимость многих параметров, таких как подвижность, тепловая скорость носителей, граница зоны, энергия Урбаха хвостов зоны, сродство электронов, относительная диэлектрическая проницаемость и эффективная плотность состояний в валентной зоне и в зоне проводимости. С использованием данной модели исследуется тепловое поведение HIT солнечных элементов в диапазоне 25-75 °C. В данном диапазоне температур исследовано влияние толщины различных слоев HIT ячейки на ее внешние параметры и в результате предложена оптимальная толщина слоев HIT солнечных элементов для использования в широком диапазоне температур.

Ключові слова


гетеропереходы с ячейками внутреннего тонкого слоя; высокая температура; тепловое поведение

Повний текст:

PDF ENG (English)

Посилання


1. Datta A., Chatterjee P. Computer Modeling of Heterojunction with Intrinsic Thin Layer «HIT» Solar Cells: Sensitivity Issues and Insights Gained, in Solar Cells-Thin-Film Technologies. InTech Publ., 2011.

2. Pascual Sánchez D. Crystalline silicon Heterojunction solar cells. Universitat Politècnica de Catalunya, 2015.

3. Jäger K. et al. Solar energy fundamentals, technology and systems. Delft University of technology, 2014. 78 p.

4. Masuko K., Shigematsu M., Hashiguchi T., Fujishima D., Kai M., Yoshimura N., Yamaguchi T., Ichihashi Y., Mishima T., Matsubara N., Yamanishi T., Takahama T., Taguchi M., Maruyama E., Okamoto S. Achievement of More Than 25% Conversion Efficiency With Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cell. IEEE Journal of Photovoltaics, 2014, vol.4, no.6, pp. 1433-1435. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2352151.

5. Zhang D., Tavakoliyaraki A., Wu Y., R.A.C.M.M. van Swaaij, Zeman M. Influence of ITO deposition and post annealing on HIT solar cell structures. Energy Procedia, 2011, vol.8, p. 207-213. doi: 10.1016/j.egypro.2011.06.125.

6. Lee S., Tark S.J., Kim C.S., Jeong D.Y., Lee J.C., Kim W.M., Kim D. Influence of front contact work function on silicon heterojunction solar cell performance. Current Applied Physics, 2013, vol.13, no.5, pp. 836-840. doi: 10.1016/j.cap.2012.12.013.

7. Li G., Zhou Y., Liu F. Influence of textured c-Si surface morphology on the interfacial properties of heterojunction silicon solar cells. Journal of Non-Crystalline Solids, 2012, vol.358, no.17, pp. 2223-2226. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.106.

8. Shen L., Meng F., Liu Z. Roles of the Fermi level of doped a-Si: H and band offsets at a-Si: H/c-Si interfaces in n-type HIT solar cells. Solar Energy, 2013, vol.97, p. 168-175. doi: 10.1016/j.solener.2013.08.028.

9. Hayashi Y., Li D., Ogura A., Ohshita Y. Role of i-aSi:H layers in aSi:H/cSi heterojunction solar cells. IEEE Journal of Photovoltaics, 2013, vol.3, no.4, pp. 1149-1155. doi: 10.1109/JPHOTOV.2013.2274616.

10. Dwivedi N., Kumar S., Bisht A., Patel K., Sudhakar S. Simulation approach for optimization of device structure and thickness of HIT solar cells to achieve ~27 % efficiency. Solar energy, 2013. vol.88: pp. 31-41. doi: 10.1016/j.solener.2012.11.008.

11. Jian L., Shihua H., Lü H. Simulation of a high-efficiency silicon-based heterojunction solar cell. Journal of Semiconductors, 2015, vol.36, no.4, p. 044010. doi: 10.1088/1674-4926/36/4/044010.

12. Wanlass M.W., Coutts T.J., Ward J.S., Emery K.A., Gessert T.A., Osterwald C.R. Advanced high-efficiency concentrator tandem solar cells. The Conference Record of the Twenty-Second IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 1991. doi: 10.1109/PVSC.1991.169179.

13. Taguchi M., Maruyama E., Tanaka M. Temperature dependence of amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells. Japanese Journal of Applied Physics, 2008, vol.47, no.2, pp. 814-818. doi: 10.1143/JJAP.47.814.

14. Vishkasougheh M.H., Tunaboylu B. Simulation of high efficiency silicon solar cells with a hetero-junction microcrystalline intrinsic thin layer. Energy conversion and management, 2013, vol.72, pp. 141-146. doi: 10.1016/j.enconman.2012.10.025.

15. Agarwal M., Dusane R.O. Temperature dependent analysis of heterojunction silicon solar cells: Role of intrinsic layer thickness. 2015 IEEE 42nd Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), Jun. 2015. doi: 10.1109/PVSC.2015.7356058.

16. Sachenko A.V., Kryuchenko Y.V., Kostylyov V.P., Bobyl A.V., Terukov E.I., Abolmasov S.N., Abramov A.S., Andronikov D.A., Shvarts M.Z., Sokolovskyi I.O., Evstigneev M. Temperature dependence of photoconversion efficiency in silicon heterojunction solar cells: Theory vs experiment. Journal of Applied Physics, 2016, vol.119, no.22, p. 225702. doi: 10.1063/1.4953384.

17. Varache R., Leendertz C., Gueunier-Farret M.E., Haschke J., Muñoz D., Korte L. Investigation of selective junctions using a newly developed tunnel current model for solar cell applications. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2015, vol.141, pp. 14-23. doi: 10.1016/j.solmat.2015.05.014.

18. Altermatt P.P. Models for numerical device simulations of crystalline silicon solar cells - a review. Journal of Computational Electronics, 2011, vol.10, no.3, pp. 314-330. doi: 10.1007/s10825-011-0367-6.

19. Powell M.J., Deane S.C. Improved defect-pool model for charged defects in amorphous silicon. Physical Review B, 1993, vol.48, no.15, pp. 10815-10827. doi: 10.1103/physrevb.48.10815.

20. Ganji J., Kosarian A., Kaabi H. Numerical modeling of thermal behavior and structural optimization of a-Si:H solar cells at high temperatures. Journal of Computational Electronics, 2016, vol.15, no.4, pp. 1541-1553. doi: 10.1007/s10825-016-0913-3.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1.     Datta A., Chatterjee P. Computer Modeling of Heterojunction with Intrinsic Thin Layer «HIT» Solar Cells: Sensitivity Issues and Insights Gained, in Solar Cells-Thin-Film Technologies. InTech Publ., 2011.
2.     Pascual Sánchez D. Crystalline silicon Heterojunction solar cells. Universitat Politècnica de Catalunya, 2015.
3.     Jäger K. et al. Solar energy fundamentals, technology and systems. Delft University of technology, 2014. 78 p.
4.     Masuko K., Shigematsu M., Hashiguchi T., Fujishima D., Kai M., Yoshimura N., Yamaguchi T., Ichihashi Y., Mishima T., Matsubara N., Yamanishi T., Takahama T., Taguchi M., Maruyama E., Okamoto S. Achievement of More Than 25% Conversion Efficiency With Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cell. IEEE Journal of Photovoltaics, 2014, vol.4, no.6, pp. 1433-1435. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2352151.
5.     Zhang D., Tavakoliyaraki A., Wu Y., R.A.C.M.M. van Swaaij, Zeman M. Influence of ITO deposition and post annealing on HIT solar cell structures. Energy Procedia, 2011, vol.8, p. 207-213. doi: 10.1016/j.egypro.2011.06.125.
6.     Lee S., Tark S.J., Kim C.S., Jeong D.Y., Lee J.C., Kim W.M., Kim D. Influence of front contact work function on silicon heterojunction solar cell performance. Current Applied Physics, 2013, vol.13, no.5, pp. 836-840. doi: 10.1016/j.cap.2012.12.013.
7.     Li G., Zhou Y., Liu F. Influence of textured c-Si surface morphology on the interfacial properties of heterojunction silicon solar cells. Journal of Non-Crystalline Solids, 2012, vol.358, no.17, pp. 2223-2226. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.106.
8.     Shen L., Meng F., Liu Z. Roles of the Fermi level of doped a-Si: H and band offsets at a-Si: H/c-Si interfaces in n-type HIT solar cells. Solar Energy, 2013, vol.97, p. 168-175. doi: 10.1016/j.solener.2013.08.028.
9.     Hayashi Y., Li D., Ogura A., Ohshita Y. Role of i-aSi:H layers in aSi:H/cSi heterojunction solar cells. IEEE Journal of Photovoltaics, 2013, vol.3, no.4, pp. 1149-1155. doi: 10.1109/JPHOTOV.2013.2274616.
10.  Dwivedi N., Kumar S., Bisht A., Patel K., Sudhakar S. Simulation approach for optimization of device structure and thickness of HIT solar cells to achieve ~27 % efficiency. Solar energy, 2013. vol.88: pp. 31-41. doi: 10.1016/j.solener.2012.11.008.
11.  Jian L., Shihua H., Lü H. Simulation of a high-efficiency silicon-based heterojunction solar cell. Journal of Semiconductors, 2015, vol.36, no.4, p. 044010. doi: 10.1088/1674-4926/36/4/044010.
12.  Wanlass M.W., Coutts T.J., Ward J.S., Emery K.A., Gessert T.A., Osterwald C.R. Advanced high-efficiency concentrator tandem solar cells. The Conference Record of the Twenty-Second IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 1991. doi: 10.1109/PVSC.1991.169179.
13.  Taguchi M., Maruyama E., Tanaka M. Temperature dependence of amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells. Japanese Journal of Applied Physics, 2008, vol.47, no.2, pp. 814-818. doi: 10.1143/JJAP.47.814.
14.  Vishkasougheh M.H., Tunaboylu B. Simulation of high efficiency silicon solar cells with a hetero-junction microcrystalline intrinsic thin layer. Energy conversion and management, 2013, vol.72, pp. 141-146. doi: 10.1016/j.enconman.2012.10.025.
15.  Agarwal M., Dusane R.O. Temperature dependent analysis of heterojunction silicon solar cells: Role of intrinsic layer thickness. 2015 IEEE 42nd Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), Jun. 2015. doi: 10.1109/PVSC.2015.7356058.
16.  Sachenko A.V., Kryuchenko Y.V., Kostylyov V.P., Bobyl A.V., Terukov E.I., Abolmasov S.N., Abramov A.S., Andronikov D.A., Shvarts M.Z., Sokolovskyi I.O., Evstigneev M. Temperature dependence of photoconversion efficiency in silicon heterojunction solar cells: Theory vs experiment. Journal of Applied Physics, 2016, vol.119, no.22, p. 225702. doi: 10.1063/1.4953384.
17.  Varache R., Leendertz C., Gueunier-Farret M.E., Haschke J., Muñoz D., Korte L. Investigation of selective junctions using a newly developed tunnel current model for solar cell applications. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2015, vol.141, pp. 14-23. doi: 10.1016/j.solmat.2015.05.014.
18.  Altermatt P.P. Models for numerical device simulations of crystalline silicon solar cells - a review. Journal of Computational Electronics, 2011, vol.10, no.3, pp. 314-330. doi: 10.1007/s10825-011-0367-6.
19.  Powell M.J., Deane S.C. Improved defect-pool model for charged defects in amorphous silicon. Physical Review B, 1993, vol.48, no.15, pp. 10815-10827. doi: 10.1103/physrevb.48.10815.
20.  Ganji J., Kosarian A., Kaabi H. Numerical modeling of thermal behavior and structural optimization of a-Si:H solar cells at high temperatures. Journal of Computational Electronics, 2016, vol.15, no.4, pp. 1541-1553. doi: 10.1007/s10825-016-0913-3.




DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.6.07

Посилання



Copyright (c) 2017 Jabbar Ganji


This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2074–272X (Print)
ІSSN 2309–3404 (Online)