تحلیل بازده سلول خورشیدی ارگانیک تاندم - CHHI با مدل شوکلی کایسر

این مقاله به تحلیل نظری راندمان سلول های خورشیدی ارگانیک تاندم دو اتصالی با در نظر گرفتن محدودیت نظری شوکلی کایسر و محاسبه بازده سلول های خورشیدی تک اتصالی که توسط این مدل تعیین می شود می پردازد. سلول های خورشیدی تاندم با استفاده از مواد نیمه رسانا با شکاف انرژی های متفاوت طراحی می شوند تا طیف خورشیدی موثرتری جذب شود و تلفات ناشی از عدم جذب فوتون و اتلاف حرارتی کاهش یابد. در این پژوهش مدل محاسباتی مبتنی بر اصول ترمودینامیک و مکانیک کوانتومی برای محاسبه جریان الکتریکی تولیدی و توان خروجی در هر لایه سلول تاندم ارگانیک و با در نظر گرفتن جفت شدگی سری، ارائه شده است. نتایج به دست آمده از مدلسازی عددی نشان دادند که در سلول تک اتصالی ارگانیک بیشترین بازده نظری در شکاف انرژی Eg=۱.۶eV برابر با ۳۰.۴% به دست آمد که به خوبی با محدوده شوکلی کایسر (۳۳%) در شرایط AM۱.۵G سازگار است. در ساختار تاندم ارگانیک دو اتصالی ترکیب بهینه باندگپ ها (Ebottom=۱.۱ eV, Etop=۱.۸) منجر به راندمان نظری ۴۵% در تابش استاندارد زمینی و ۴۲% در شرایط طیف فضایی (AM۰) شد. تحلیل پارامترهای جریان-ولتاژ و نقشه کانتور بازده تاندم نشان داد که همگرایی جریان در دو زیرسلول نقش تعیین کننده ای در نقطه بیشینه توان دارد و جابجایی دمای سلول از ۳۰۰ به ۳۴۰K سبب کاهش راندمان حدود ۱.۷% می شود. این نتایج بیانگر آن است که طراحی سلول های تاندم ارگانیک با کنترل دقیق باندگپ ها می تواند راندمانی فراتر از حد نظری سلول تک لایه فراهم سازد و در کاربردهای فضایی و زمینی هر دو بهینه ترین ترکیب انرژی را ارائه دهد.

کلیدواژه ها:

سلول خورشیدی ، پروسکایت ارگانیک ، تاندم ، حد شوکلی کایسر ، باند انرژی ممنوعه ، بازده کوانتومی