Numerical simulation of thermal behavior and optimization of a-Si/a-Si/C-Si/a-Si/A-Si hit solar cell at high temperatures

Abstract

Purpose. Silicon heterostructure solar cells, particularly Heterojunction with Intrinsic Thin layer (HIT) cells, are of recommended silicon cells in recent years that are simply fabricated at low processing temperature and have high optical and temperature stability and better efficiency than homojunction solar cells. In this paper, at first a relatively accurate computational model is suggested for more precise calculation of the thermal behavior of such cells. In this model, the thermal dependency of many parameters such as mobility, thermal velocity of carriers, band gap, Urbach energy of band tails, electron affinity, relative permittivity, and effective density of states in the valence and conduction bands are considered for all semiconductor layers. The thermal behavior of HIT solar cells in the range of 25-75 °C is studied by using of this model. The effect of the thickness of different layers of HIT cell on its external parameters has been investigated in this temperature range, and finally the optimal thicknesses of HIT solar cell layers to use in wide temperature range are proposed

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.