| Popis: |
Tek ara bantlı yapılı güneş pilleri (ABGP), tek eklemli güneş pillerine göre güneş spektrumunundaha verimli kullanımını sağlamaktadır. Bu çalışmada, Detaylı Denge Modeli kullanılarak yeniModel-B ABGP incelendi ve daha önce kullanılan, burada Model-A ve Model-C olarak adlandırılan,iki model ile karşılaştırıldı. Soğurma katsayıları arasında örtüşme yokken, üç ABGP modelininverimi, 1,95 eV için %63,20 ve GaAs için %59,90 olarak bulunmuştur. 4 eV örtüşmede, Model-B,Model-C ve Model-A için GaAs pil verimleri, sırasıyla %45,86, %41,32 ve %35,80 olarak bulunmuşve Model-B’nin diğer iki modele göre daha verimli olduğu görülmüştür. ABGP pil verimi, ışıkşiddetinin logaritmasıyla lineer olarak artmaktadır. GaAs ABGP’de maksimum verim için AB durumyoğunluğu en az 5x1017 cm-3 olması gerekmektedir. Elektron ve boşluk yakalama kesit alanoranlarının 0,01-100 aralığında, optimum AB doluluk oranları 1 ile 0 arasında değişmektedir. Büyükörtüşme durumunda, taşıyıcı yakalama kesit alanları çok farklı iken, Model-B’nın verimi, Model-A’nın veriminden %35 daha büyüktür. 1-3,5 eV bant aralığındaki ABGP’lerde, örtüşmenin olumsuzetkilerini azalttığından Model-B’nin verimi, Model-A’ya göre çok yüksektir. Sonuçlar, Model-Bkullanılarak, geniş bant aralığındaki malzemelerin, 10000X’te ve en büyük örtüşmede, %50 üzerindeverime sahip ABGP üretimine uygun olabileceğini göstermektedir. Bu çalışmada, ayrıca InAs/GaAskutu şekilli kuantum noktalı ara bant yapılı güneş pilinin (KN-ABGP) verimi, detaylı denge modelikullanılarak araştırıldı. AB enerji seviyeleri ve alt bant soğurma katsayıları, farklı kuantum noktaboyutları için eşit etkin kütle ve etkin kütle uyumsuzluğu durumları göz önüne alınarak tek bant vedört bant k.p metodu ile hesaplanmıştır. Eşit etkin kütle ve etkin kütle uyumsuzluğu durumlarında,KN boyutlarının artmasıyla alt bant soğurma katsayıları ve AB enerji seviyelerinin sayısı artmıştır.Detaylı denge modelinde, AB enerji seviyelerinin sayısının KN boyutlarıyla artması sonucu ara bantfotoakım yoğunluğunun düştüğü tespit edilmiştir. Kuantum noktaların varlığıyla KN-ABGP kısadevre akım yoğunluklarında önemli bir artış görülmezken açık devre voltajı düşmüştür. Sonuçolarak, InAs/GaAs KN-ABGP verimi %28,40, ideal GaAs ABGP verimi %52,16 ve konvansiyonelGaAs güneş pilinin verimi %34,72 olarak bulunmuştur Intermediate band solar cells, IBSCs, with single IB provide better utilization of the solar spectrumthan single-junction solar cells. In this study, the new Model-B IBSC was investigated using theDetailed Balance Model and compared with previously used two models and named here as Model-A and Model-C, respectively. For the three IBSC models under non-overlapping absorptioncoefficients, the maximum efficiencies were found as 63.20% for 1.95 eV and 59.90% for GaAs.With 4 eV overlap, the cell efficiencies for Model-B, Model-C, and Model-A of GaAs IBSCs werecalculated as 45.86%, 41.32%, and 35.80% respectively, and Model-B was found to be more efficientthan the other two models. The efficiency of IBSC increased linearly with the logarithm of the lightconcentration. The density of IB states should be at least 5x1017 cm-3 for maximum efficiency inGaAs IBSC. The optimum IB filling changed between 1 and 0 with 0,01 and 100 ratios ofelectron/holes capture cross-sections. The peak efficiency of Model-B was 35% over Model-A, atlarge non-equal capture cross-sections under 4 eV of overlapping. In the 1-3.5 eV range of bandgaps,Model-B reduced the negative influence of large overlapping, and the efficiency of Model-B becamemuch higher than Model-A. Results predicted that the materials in the wide range of bandgaps couldbe good candidates for fabricating IBSCs using Model-B with an efficiency over 50% at 10000Xunder large overlapping. In this study, the efficiency of InAs/GaAs box-shaped quantum dotintermediate band solar cell (QD-IBSC) has also been investigated using the detailed balance model.The IB energy levels and sub-band absorption coefficients were determined with the single band k.pand four-band k.p methods, by changing the quantum dot size for equal effective mass and effectivemass mismatch cases. The sub-bandgap absorption coefficients and the number of IB energy levelsincreased with the QD size for both equal effective mass and the effective mass mismatch cases. Inthe detailed balance model, the intermediate band photocurrent density was decreased as the numberof IB energy levels increased with the QD size. With the presence of quantum dots, while there wasno significant increase in short circuit current densities of QD-IBSC, the open-circuit voltagedecreased. As a result, the efficiencies were found as 28.40% for InAs/GaAs QD-IBSC, 52.16% forideal GaAs IBSC, and 34.72% for conventional GaAs solar cells |
