از جمله چالش‌هایی که محققین در زمینه سلول¬های خورشیدی با آن مواجه هستند، دستیابی به بازدهی بالا ضمن پایین آوردن هزینه‌های فرآیند ساخت است که سلول‌های خورشیدی پروسکایتی پتانسیل برآورده کردن این دو خواسته را دارند. سلول‌های خورشیدی پروسکایتی از نسل سوم سلول‌های خورشیدی محسوب می‌شوند که تاکنون قابلیت‌های بسیاری از خود نشان داده‌اند به‌گونه‌ای که از آن‌ها به‌عنوان گزینه اصلی جایگزینی سلول‌های خورشیدی پرهزینه معدنی یاد می‌شود. مواد با ساختار پروسکایت به‌طورکلی به‌صورت ترکیب سه‌بعدی MBX3 می‌باشند که امروزه ترکیبات پروسکایت هالیدی به‌صورت I-IV-VII3، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. نیمه‌رسانای هیبریدی MAPbI3 دارای دو خاصیت مهم و منحصربه‌فرد جاذب قوی نور و انتقال‌دهندگی مناسب حامل‌ها می‌باشد، ازاین‌رو ساختاری مناسب برای سلول خورشیدی محسوب می‌شود. این سلول‌ها ویژگی‌های منحصربه‌فردی ازجمله قابلیت جذب بالای فوتون، سبک‌وزنی، قابلیت انعطاف و شفافیت دارند، بنابراین می‌توانند نویدی برای تولید انبوه آن‌ها باشند. در این پژوهش پس از ارائه مفاهیم اصلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ابتدا سلول پایه توسط نرم‌افزار قدرتمند سیلواکو شبیه‌سازی‌شده و بازده % 14/49  به دست آمد. در ادامه رفتار بازده، ولتاژ مدارباز، چگالی جریان اتصال کوتاه و ضریب پرکنندگی نسبت به تغییر برخی پارامترها بررسی گردید و در نهایت سلول خورشیدی پروسکایتی بهینه با بازده % 21/73 به دست آمد.

یکی از راه‌های افزایش بازده سلول¬های خورشیدی استفاده از اتصالات چند گانه است؛ بدین صورت که طیف خورشید را به چند بخش تقسیم می‌کنند که هر لایه بخشی از طیف خورشید را جذب می‌کند. ماده InGaN دارای گاف انرژی مستقیم از 0.7 تا 3.4 الکترون‌ولت و دارای ضریب جذب بالا و قابلیت تحرک الکترونی خوب ماده مناسبی برای سلول چندپیوندی است. در بخش اول این پایان نامه سه سلول خورشیدی In0.4Ga0.6N، In0.68Ga0.32N و GaAs شبیه سازی شده‌اند. In0.68Ga0.32N با گاف انرژی 1.3 الکترون‌ولت طول موج‌های کمتر از 950 نانومتر طیف خورشید، سلول خورشیدی In0.4Ga0.6N با گاف انرژی 2 الکترون‌ولت طول موج‌های کمتر از 620 نانومتر و GaAs با گاف انرژی 1.42 الکترون‌ولت طول موج‌های کمتر از 870 نانومتر را جذب می‌کند. به منظور کاهش بازترکیب سطحی از لایه پنجره و BSF در طرفین لایه جاذب استفاده شده است. این لایه‌ها توسط پیوند تونلی به هم متصل می‌گردند. این پیوند باعث می‌شود که پیوندهای پارازیتی که ناشی از قرار دادن لایه‌های مختلف سلول خورشیدی به صورت سری روی هم هستند و باعث ایجاد جریان در جهت مخالف جریان سلول می‌گردد را خنثی کند و جریان را در جهت مطلوب هدایت می‌کند. به دلیل سری بودن اتصالات، جریان اتصال کوتاه سلول چندپیوندی برابر با کمینه جریان اتصال کوتاه مربوط به لایه‌های مختلف است و ولتاژ آن برابر مجموع ولتاژهای همهی لایه‌هاست. در بخش پایانی دو ساختار برای سلول دوپیوندی ارائه شده است. ساختار اول به صورت In0.4Ga0.6N/GaAs با پیوند تونلی GaAs به ضخامت 2 نانومتر است که در آن مقدار ولتاژ مدارباز به 2.52 ولت و بازده به 30.64% رسیده است. ساختار دوم به صورت In0.4Ga0.6N/In0.68Ga0.32N است که در آن پیوند تونلی از جنس GaAs با ضخامت 25 نانومتر و لایه‌های پنجره و BSF شامل مواد InGaP،InAlGaP و AlGaAs می‌باشند، به ولتاژ مدارباز 3.05 ولت و بازده 36.81% رسیده است.

 به منظور بهبود عملکرد سلول¬های خورشیدی CdTe روش¬های مختلفی ارائه شده است که از آن جمله می¬توان به تدریجی کردن گاف انرژی لایه جاذب اشاره کرد. در این پژوهش برای تدریجی کردن گاف انرژی لایه جاذب در سلول CdTe، در ابتدا ماده Cd1-xZnxTe جایگزین CdTe می¬شود و با تغییر مقدار xمی¬توان گاف انرژی لایه جاذب را تغییر داد. با تغییر غلظت Zn از مقدار اولیه صفر تا 40% ،گاف انرژی سلول به سمت اتصال پشتی افزایش داده شده است. در نتیجه به روش مذکور بازده سلول اولیه ZnO/CdS/CdTe از مقدار اولیه 62/17% به مقدار 35/19% افزایش یافته است. در مرحله بعد، یک لایه Cd0.6Zn0.4Teبا ضخامت 1 میکرومتر به ساختار اولیه ZnO/CdS/CdTe اضافه می¬شود و بازده سلول به مقدار 22/20% می¬رسد. در این ساختار به دلیل ایجاد آفست باند هدایت در فصل مشترک CdTe/CdZnTe از انتقال حامل¬های اقلیت به سمت اتصال جلویی جلوگیری می¬شود و احتمال بازترکیب در لایه CdZnTe افزایش می¬یابد. برای رفع این مشکل همان ده لایه Cd1-xZnxTe با 40%xmax=میان لایهCdTeو Cd0.6Zn0.4Te قرار داده می¬شود. در این شرایط نوار انرژی تصحیح می¬شود و جمع¬آوری حامل¬ها در اتصالات بهبود می¬یابد.در ساختار سلول¬های CdTe با توجه به اینکه میل الکترونی CdTe برابر eV28/4 و گاف انرژی آن برابر eV42/1 می-باشد، برای ایجاد اتصال اهمی بین فلز و نیمههادی باید فلزی با تابع کار بزرگتر و یا مساوی 7/5 در سلول استفاده شود. از آنجا که فلزی با این تابع کار موجود نیست، از فلزاتی که بیشترین تابع کار را دارند می¬توان استفاده کرد. نتیجه اینکه در ساختار سلول¬های CdTe همیشه اتصال شاتکی است و باید بهگونه¬ای اثر منفی اتصال شاتکی کاهش یابد که دراین پژوهش به این مساله پرداخته شده است.

دیود ایمپات (Impact Ionization Avalanche Transit Time)یا دیود زمان گذر بهمنی ضربه ای از جمله قویترین ادوات نیمه هادی در تولید امواج ماکروویو و میلیمتری می باشد که بطور گسترده در تقویت کننده ها و اسیلاتورهای توان بالا مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق ابتدا به بررسی اساس کار دیود ایمپات پرداخته، سپس استفاده از عناصر مختلف نیمه هادی را در ساخت دیود ایمپات مورد بررسی و مقایسه قرار خواهیم داد که طی این بررسی مشخص خواهد شد که استفاده از نیمه هادی با گاف انرژی بیشتر همانند ایندیوم فسفر و گالیوم آرسناید توان خروجی بیشتر و در نتیجه بازدهی بیشتری را در پی خواهد داشت. در انتها با استفاده از نرم افزار Silvaco دیود ایمپات سیلیکن در فرکانس کاری 94 گیگا هرتز شبیه سازی شده و تغییرات رفتار دیود شبیه سازی شده به ازای تغییرات دما مورد بررسی قرارخواهد گرفت. نتایج بدست آمده مشخص می کند که با افزایش دما از 300 درجه کلوین تا 450 درجه کلوین، ولتاژ شکست از 4/19- ولت تا مقدار 8/20- ولت افزایش می یابد. پس از آن به منظور دستیابی به مشخصه مقاومت منفی دیودایمپات، افرازه شبیه سازی شده با استفاده از بخش SMART-Spice نرم افزار Silvaco مورد بررسی قرار خواهیم داد.

آشکارسازهای بهمنی الکترونی e-APD نسل نسبتاً جدیدی از آشکارسازهای بهمنی می¬باشند که در آن¬ها پدیده یونیزاسیون برخوردی تنها توسط الکترون¬ها رخ می¬دهد. اخیراً توجه به این نوع آشکارسازها بدلیل خصوصیات بهره و نویز آن¬ها افزایش یافته است. تحت مدل محلی در حالت ایده¬آل، در این نوع آشکارسازها با افزایش بهره فاکتور نویز اضافی بطور مجانبی به دو نزدیک می¬شود. اولین ماده¬ای که رفتار آشکارسازهای بهمنی الکترونی آن کشف شد HgCdTe بود. این ماده با چالش¬هایی از قبیل جریان تاریک بالا، بدلیل باند گپ کوچکش، و فرایند رشد مواجه بود. در چند سال اخیر محققان نشان دادند که آشکارسازهای ساخته شده از InAs نیز مشخصه¬های آشکارسازهای بهمنی الکترونی را دارند. این ماده بدلیل داشتن باند گپ بزرگتر، جریان تاریک کمتری نسبت به HgCdTe دارد. همچین ترکیبات گروه III-V دارای فرایند ساخت آسانتر و کم هزینه¬تری می¬باشند. InAs با باند گپ 0.35eV آشکارسازی خوبی در طول موج¬های 1550 تا 3500 نانومتر دارد. در این پژوهش پس از ارائه مفاهیم اصلی آشکارسازها و مکانیسم بهره در آشکارسازهای بهمنی، ابتدا مبانی شبیه¬سازی توسط نرم افزار قدرتمند سیلواکو بیان شده است و سپس نتایج شبیه¬سازی یک ساختار آشکارساز InAs مبنا با مرجع معتبر مقایسه شد. در نهایت رفتار بهره نسبت به تغییر برخی پارامترها بررسی گردید و بهره بهبود یافته با مرجعی معتبر مقایسه گردید.

در این پایان‌نامه به بررسی و شبیه‌سازی آشکارساز ماورا بنفش مبتنی بر سیلیکن کارباید با پیوند شاتکی سیلیساید نیکل پرداخته میشود. این آشکارساز کاربردهای فراوانی در حوزه نظامی، پزشکی، صنعتی و علوم دارد. در این پایان‌نامه ساختار، نحوه عملکرد و بهبود جذب پلاسمونی آشکارساز را بررسی کرده‌ایم. به منظور شبیه‌سازی آشکارساز مدل‌ها و پارامترهای لازم برای ماده سیلیکن کارباید استخراج میشود. یکی از مهم‌ترین مشکلات این آشکارساز ضریب جذب پایین آن نسبت به مواد مشابه (مانند GaN) است. فاکتورهای افزایش جذب در لایه سیلیکن کارباید بررسی شده و در تحلیل‌های عددی به روش FDTD تاثیر آن‌ها مطالعه میشود. نشان داده میشود افزایش چگالی ناخالصی لایه اپی تکسی جریان نوری و پاسخ طیفی را کاهش میدهد. علاوه بر این نشان داده میشود برای چگالی لایه اپی بیشتر از 10¹⁶ پیوند شاتکی به اهمی تبدیل خواهد شد و جریان نشتی اشباع میشود. افزایش ضخامت لایه اپی جریان نوری و پاسخ طیفی را کاهش میدهد بطوریکه در ضخامت 50 میکرون پاسخ طیفی صفر میشود. در هر یک از موارد اشاره شده، اثرات ارائه شده از نظر فیزیکی توجیه میشودو نیز راهکارهایی برای پیاده‌سازی این موارد ارائه داده میشود. در تحلیل الکتریکی آشکارساز پاسخدهی افزاره حاصل از شبیه‌سازی دوبعدی بعنوان پارامتر ارزیابی آن بررسی میشود.در تحلیل الکتریکی توزیع میدان الکتریکی، نرخ تولید نوری و منحنی مشخصه جریان-ولتاژ و خازن-ولتاژ بررسی میشود. در تحلیل نوری آشکارساز برای نیل به بهبود جذب پرتو ماورا بنفش در لایه سیلیکن کارباید به شبیهسازی تشدید پلاسمونهای سطحی با روش FDTD در بسته نرمافزاری لومریکال بهره برده میشود. در این بخش از پایانامه برای بهبود جذب نانوذراتی از جنس آلومینیم، طلا، نقره و مس با آرایش و شکل هندسی متفاوت برای رسیدن به بالاترین جذب، مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که برای ضخامت نانوحلقه یک نانومتر (10 نانومتر)، در تمام طیف ماورا بنفش شبیهسازی شده (در طول موجهای کوچکتر از 250 نانومتر) میزان جذب برای این حالت نسبت به حالت بدون نانوذره افزایش مناسبی یافته است.بعلاوه بالاترین جذب لایه 4H-SiC برای شعاع بیرونی نانوحلقه آلومینیمی برابر با 11 نانومتر حاصل شده است. همینطور بالاترین جذب لایه 4H-SiC برای ارتفاع نانونوار آلومینیمی برابر با یک نانومتر حاصل شده است که با افزایش ارتفاع نوار میزان جذب در طول موجهای پایین کمتر از حالت بدون نانوذره میشود.

در این پژوهش، با بکارگیری بلورهای فوتونی دوبعدی با ساختار مربعی، یک دی¬مالتی¬پلکسر 4 کاناله در مد TM با استفاده از کاواک تشدیدی پیشنهاد شده است. ساختار پایه شامل میله های دی الکتریک در بستر هوا است که ثابت شبکه ساختار پایهnm 690، شعاع میله های دی الکتریک در ساختار پایه nm204 و ضریب شکست ساختار 4/3 در نظر گرفته شده است. با استفاده از ساختار کاواک تشدیدی و حذف یک دی¬الکتریک و تغییرشعاع میله¬های دی¬الکتریک در دو طرف کاواک دی¬مالتی¬پلکسر پیشنهادی می¬تواند طول موج¬های nm 3/1544، nm6/1549،nm 0/1554 وnm 4/1558 را با میانگین بازده خروجی 75/99%، میانگین ضریب کیفیت 75/ 2185 و میانگین پهنای باند7/0 نانومتر آشکار سازی کند.

 فیلم نازک GaAs یکی از بهترین انتخاب¬ها برای تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته می¬باشد. به دلیل ثابت جذب بالای این نیمه‏هادی، شکاف انرژی مستقیم و همینطور نزدیک بودن به مقدار بهینه (ev42/1 ) از بهترین گزینه‏ها در کاربردهای فضایی محسوب می‏شود. در این پایان نامه در ابتدا سلول خورشیدی 26/0P74/0GaAs/GaAs با استفاده از نرم¬افزار SILVACO شبیه-سازی شده است و پس از بررسی‏های انجام شده بر روی ضخامت و ناخالصی هر لایه، منحنی¬ جریان- ولتاژ و پارامترهای مهم سلول خورشیدی مبنا، بدست آمده است. سپس با افزودن لایه Grading از نوع n و p بر مشکلات ساختاری سلول غلبه شده است. میزان ناخالصی و تعداد لایه‏ها نقش مهمی را در بهبود عملکرد سلول بازی می‏کنند و همچنین ناحیه Grading با ایجاد یک میدان الکتریکی کمکی، به بهبود عملکرد سلول کمک می‏کند. بازده سلول خورشیدی اصلاح شده، با استفاده از لایه Grading نوعp در 10 لایه به ضخامت nm10 و ناخالصی 3-cm 1018×2 مقدار بازدهی سلول را، 16/4% نسبت به سلول اولیه بهبود داده است. در مرحله بعد با افزودن یک لایه پیوند تونلی به ساختار اولیه و ساختار اصلاح شده، اثر این لایه برساختار مذکور بررسی شده است. در نهایت مشاهده ‏شد که افزودن پیوند تونلی به ساختار، کمکی به افزایش بازدهی سلول نمی‏کند. در شبیه¬سازی سلول خورشیدی مبنا 26/0P74/0GaAs/GaAs در دمای K300 مقادیر V9/0=V_oc ، 〖mA/cm〗^244/29=J_sc ،5/86=FF و راندمان 01/23% بدست آمده‏ است که با اصلاح ساختار به کمک Grading نوعp مقادیر V05/1=V_oc و 〖mA/cm〗^25/29=J_sc ،64/87=FF و راندمان 17/27% استخراج شد که افزایش بازده، 16/4% را نشان می‏دهد.

در معرض تشعشع قرار گرفتن سلول خورشیدی در بازه¬ی زمانی معین باعث کاهش توان سلول خورشیدی خواهد شد. از این رو تاثیر تشعشعات کیهانی یکی از نگرانی¬های محیطی اساسی سلول¬های خورشیدی فضایی است. در این پایان نامه با کمک نرم¬افزارSILVACO با معرفی چگونگی مدلسازی تاثیر تشعشع فضایی بر سلول خورشیدی به شبیه-سازی تاثیر تشعشع کیهانی بر سلول خورشیدی با کاربرد فضایی پرداخته¬ایم. تاثیر تشعشع الکترون و پروتون بر پارامترهای اساسی سلول خورشیدی تک پیوندی GaAs شبیه¬سازی و نتایج شبیه¬سازی ارائه شده¬اند. شبیه سازی تحت تابش نور غیرمتمرکز خورشید با طیف AM0G در دمای 300 درجه کلوین انجام شده است. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهند که با افزایش شدت تشعشع و بازترکیب حامل¬ها کسری از فوتون¬های جذب شده از بین رفته و تبدیل انرژی با بازده پایینی انجام می¬شود و منجر به توان خروجی پایینی می¬شود.با افزایش انرژی پروتون برخوردی به سطح سلول خورشیدی در شدت تشعشع ثابت، پروتون از ناحیه حساس سلول دورتر شده و تاثیر کمتری بر عملکرد آن خواهد داشت. بنابراین با افزایش انرژی تشعشع پروتون توان خروجی سلول افزایش می¬یابد

 فیلم نازک GaAsیکی از بهترین انتخاب¬ها برای تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته می¬باشد؛ به دلیل ثابت جذب بالای این نیمه‏هادی، شکاف انرژی مستقیمو نزدیک به مقدار بهینه (eV42/1) از بهترین گزینه‏ها در کاربردهای فضایی محسوب می‏شود. در این پایان نامه در ابتدا سلول خورشیدی مبتنی برGaAs/AlGaAsدر حالت تاریک و تحت تابش نور با استفاده از نرم¬افزار SILVACO شبیه¬سازی شده است و منحنی¬ جریان- ولتاژ و پارامترهای مهم آن بدست آمده¬اند. سپس اثر تغییر غلظت لایه های پنجره¬ای، امیتر و زمینه بر جریان اتصال کوتاه، ولتاژ مدار باز، فاکتور پرکنندگی و بازده مورد بررسی قرار گرفت و مقادیر مناسب برای غلظت¬های مذکور انتخاب گردید. بازده سلول خورشیدی با در نظرگرفتن مقادیرانتخاب شده غلظت لایه¬های پنجره¬ای¬، امیتر و زمینه، 73/2% نسبت به سلول مبنا بهبود یافته است. در مرحله بعد اثر دما بر پارامترهای سلول بهبود یافته مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به منحنی¬های ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، فاکتور پرکنندگی و بازده که برای سلول خورشیدی در اثر تغییرات دما بدست آمد، مشاهده گردید که افت پارامترهای مذکور برای دمای تا حدود 65 درجه سانتیگراد ناچیز است. در شبیه¬سازی سلول خورشیدی مبتنی بر GaAs/AlGaAsدر دمای K 300، V0096/1Voc=، 046/28Jsc=، 057/87FF= و راندمان 64/24% و در شبیه¬سازی سلول بهبود یافته ، V005/1Voc=، 2/31Jsc=، 32/87FF= و راندمان 37/27% بدست آمده¬ که افزایش73/2%را برای بازده نشان می¬دهد.

 سلول خورشیدی تک ( Single Solar Cell) توسط یک مدل جریانی مشابه دیود توصیف می شود، این مدل را نیز برای توصیف شبکه¬های دوتایی و مدول ها و آرایه های فتوولتاییک می توان بکار برد. پایه و اساس آنها بررسی پارامترهای تک مدل (individual ) برای زیر سلول¬های ( subcell ) مشابه و یکسان است؛ و اینکه چگونه با پارامترهای زیر سلول خودشان مرتبط می شوند. در این بررسی جریان نوری (Iph) (photo current) با استفاده از مدل موثر محاسبه می گردد و نیز سلول خورشیدی دوتایی با استفاده از نرم افزار سیلواکو ( محیط اطلس) شبیه سازی شده و با تابش طیف نور ، جریان خروجی سلول شبیه سازی شده مورد بررسی¬ قرارمی¬گیرد. با استفاده از نرم افزار موارد دیگری از قبیل تاثیر غلظت و عرض تانلینگ ، تغییر در ترکیب مواد بکاررفته در ساخت سلول و همچنین پدیده بازترکیب بر روی سلول شبیه سازی شده مورد بررسی می¬شود. با تغییر در ترکیب مواد بکاررفته در ساختار سلول شبیه سازی شده می¬توان جریان سلول را به میزان1.45A/cm²  ( به ازای عرض تانلینگ ۰.۰۲ میکرومتر) رسانده که نسبت به همین سلول با ساختار ترکیبی دیگر که مقدار جریان آن1.06A/cm²بوده است می¬توان نتیجه گرفت که جریان سلول ۰.۳۹ آمپر افزایش داشته است. اگر عرض تانلینگ سلول به میزان ۰.۰۵ میکرومتر زیادتر شود شاهد جریان0.83A/cm² خواهیم بود بنابراین افزایش در عرض تانلینگ مطلوب نبوده و باعث کاهش در جریان سلول می¬گردد. در بررسی سلول به ازای غلظت تانلینگ 0.398Gmol/cm³ قطعه عملکرد مناسبی نداشته اما با افزایش غلظت به میزان 4.85Gmol/cm³ جریان خروجی مناسبی از سلول بدست آمد..

 

 مواد آلی به منظور کاهش انرژی مصرفی و هزینه¬های تولید وارد صنعت ساخت سلول¬های خورشیدی شدند. با ورود این دسته از مواد پلیمری به صنایع نیمه¬هادی نسل جدیدی از سلول¬های خورشیدی شکل گرفت. سلول¬های خورشیدی آلی علی¬رغم مزایای بسیار آن، دارای بازده تبدیل نوری پایین و طول عمر کوتاه هستند. سلول¬های آلی- معدنی راه¬کاری برای غلبه بر این مشکلاتی از جمله هزینه¬ی بالای تولید و فرآیندهای دما بالا می-باشند. در این پایان نامه به کمک معادلات نفوذ- رانش و مدل Koster یک سلول خورشیدی آلی- معدنی a-Si:H/PCPDTBT:PCBM شبیه¬سازی شده است که تطابق بسیار خوبی بین نتایج شبیه¬سازی و مقادیر تجربی به دست آمد. سپس اثر تغییر ضخامت ناحیه¬ی فعال سلول آلی بر پارامترهای خروجی آن بررسی شد و ضخامت بهینه برای افزایش جریان اتصال کوتاه سلول مورد نظر مشخص گردید. نهایتاً از سلول آلی بهینه در ساختار سلول هیبرید آلی- معدنی استفاده شد.

سلول خورشیدی مبتنی بر مواد InGaP/GaAsدر میان سلول¬های خورشیدی چند¬پیوندی به علت داشتن بازده تبدیل بالا و مقاومت زیاد در برابر تابش ذرات پر¬انرژی جلب توجه زیادی نموده است. در این پایان نامه، در ابتدا ساختار سلول GaAs ساده با استفاده از نرم¬افزار سیلواکو شبیه¬سازی شده و منحنی ولتاژ- جریان و پارامترهای مهم آن به دست آمده¬اند. به منظور بهبود این ساختار با اضافه کردن چند لایه و ماده¬ی جدید به سلول GaAs ساده، از جمله لایه¬ی BSF و لایه¬ی پنجره، بار دیگر منحنی ولتاژ- جریان و پارامترهای آن به¬دست آمده¬اند. در ادامه، سلول InGaP نیز جداگانه شبیه¬سازی شده¬ و منحنی ولتاژ- جریان آن ارائه شده است. سپس ساختار سلول خورشیدی مبتنی بر مواد InGaP/GaAs تحت تابش AM0 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و علاوه بر نمودار ولتاژ- جریان، مقادیر ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ضریب پر¬شدگی و بازده آن نیز به¬دست آمده¬اند. در این مرحله بازده سلول %46/24 به¬دست آمد. با توجه به اهمیت بازده سلول خورشیدی، در بخش بعدی به منظور بهبود بازده سلول InGaP/GaAs از ماده¬ی AlInGaP در ساختار سلول به جای امیتر از جنس GaAs، استفاده شده است. در این راستا اثر تغییر چگالی ناخالصی و ضخامت لایه¬های ساختار پایینی سلول مورد بررسی قرار گرفته است که به دست آوردن مقادیر بهبود یافته¬ی چگالی ناخالصی و ضخامت لایه¬ها سبب افزایش ولتاژ مدار باز و در نتیجه بازده سلول گردیده است. طبق نتایج شبیه¬سازی بازده سلول در این مرحله %72/33 به دست آمده است. سپس با اعمال تغییراتی در ساختار بالایی سلول جریان اتصال کوتاه نیز بهبود داده شده که در این راستا چگالی ناخالصی لایه¬های ساختار بالایی سلول مورد بررسی قرار گرفته¬اند. با ترکیب نتایج و بر اساس نتایج به¬دست آمده از شبیه¬سازی، بازده سلول در نهایت به مقدار %532/36 رسیده و یک ساختار مناسب برای سلول InGaP/GaAs به دست آمده است.

سلول خورشیدی فیلم نازک InPیکی از بهترین انتخاب¬ها برای تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته می¬باشد؛ به دلیل ثابت جذب بالای این نیمه‏هادی( تقریبا )،شکاف انرژی مستقیم ، مقاومت تابشی بالا و دمای تابکاری کم از بهترین گزینه‏ها در کاربردهای فضایی محسوب می‏شود. در این پایان نامه برای شبیه¬سازی از مدل نفوذ-رانش یک بعدی استفاده شده است. معادلات نفوذ-رانش به روش عددی گامل به کمک نرم¬افزارهای MATLAB و Silvaco حل شده¬اند. در ابتدا نحوه انتقال حامل¬های تولید شده در این نوع سلول¬ها و عواملی که موجب محدودیت کارایی سلول می¬شوند، مورد بررسی قرار گرفته است. از آن جایی که در این دسته سلول¬ها به دلیل ضخامت کم لایه جاذب فاصله¬ی بین اتصال پشتی و ناحیه تخلیه ناچیز است، نور بیشتری به اتصال پشتی می¬رسد و بازترکیب در این ناحیه مکانیسم تلفات اصلی در سلول می¬باشد. از این رو راه¬کارهایی جهت دور کردن حامل¬ها از اتصال پشتی سلول همچون افزودن لایه‏ی پنجره‏ای و BSFبه ساختار مبنا و تدریجی کردن شکاف انرژی لایه‏ی پنجره‏ای مورد ارزیابی قرار گرفته است. در شبیه¬سازی سلول InPدر دمای K 300 با شکاف انرژیeV1/35، V853/0Voc=، 51/33Jsc=، 18/82FF= و راندمان 51/23%، و در شبیه¬سازی سلول پیشنهادی ، V019/1Voc=، 43/34Jsc=، 88/86FF= و راندمان 5/30% بدست آمده¬ است که نسبت به سلول پایه 99/6% بهبود یافته است