دانلود رایگان ترجمه مقاله دینامیک حامل در سلولهای خورشیدی کوانتومی چند پیوندی – IEEE 2014

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده

معیار سنجش سلول خورشیدی چند پیوندی تطبیق شدۀ شبکه ای (QD) کوانتوم نقطه ای (MJSCs)، متشکل از InGap/ (In) Ge /GaAS یا InAS /GaASQDS می شوند که تحت روشنایی تمرکز بالا، با یک تمرکز بر دینامیک های حامل در لایه های QD زیر پیل میانه مورد بررسی قرار می گیرند. یک رویکرد رسانه ای مؤثر، برای توصیف تولید و ترکیب مجدد در سیستم QD مورد استفاده قرار می گیرد، که مشتمل بر فرار و تیراندازی حامل به واسطه حالت های QD و دیوارۀ کوانتومی محدود می باشد. در یک تمرکز 1000 خورشید، شبیه سازی ها نشان می دهد که QD MJSC ویژۀ بررسی شده، نسبت به MJSC استاندارد تا %1/1در بازدهی نسبی عملیاتی در دمای ℃25 بهتر می باشد. اگرچه، این بازدهی بدست آمده عمدتاً به پتانسیل های لایه مرطوب سازی و به همان صورت عدم انطباق جریان موجود بین زیر پیل های میانه و بالا وابسته می باشد، هنگامی که نسبتهای فرار در بین حدود لایه مرطوب سازی کاهش پیدا می کند.
کلمات کلیدی- دینامیک های حامل، فوتو ولتایی های متمرکز کننده، پیل های خورشیدی چند پیوندی (MJSCs)، کوانتوم نقطه ای (QDS)، نیمه رساناهای – V- III.
مقدمه
تحقیق موجود در ارائه سیستم های فوتو ولتایی نسل جدید با بازدهی هایی که به 50% می رسد، در انطباق با فوتو ولتایی های متمرکز شده برای تمرکز نور خورشید در بین نواحی قطعه کوچکتر می باشد. این امکان کاهش در هزینه های تولید و رشد در ارتباط با پیل های خورشیدی چند پیوندی V- III را فراهم آورد و همچنین بازدهی دستگاه را به دلیل تأثیرات تمرکزی افزایش می دهد. فناوری موجود پیل های خورشیدی با پیوند سه تایی، برای مثال دستگاه تطبیقی شبکه ای متشکل از Ino,49Ge 0. 51 Pin0 Geo, 99 Es, Ge، در حال حاضر قادر به رسیدن بازدهی بیشتر از 40% در تمرکزات 400 خورشید می باشند. اگرچه، این طراحی MJSC قادر به استخراج ترکیب ایده آلی از شکاف های نواری نیست، از آنجایی که زیر پیل Ge، جریان نوری را به اندازۀ 60% در مقایسه با دو زیر پیل بالا، بیش از حد تولید می کند. جریان نوری اضافی به صورت گرما پخش می شود، که این کاهش در برخی عملکردها منجر می شود.
یک طراحی پیشنهادی برای معماری این دستگاه با بهره گیری از رشد خود همگذاری ساختارهای ناهمگون نیمه رسانای ابعاد پایین برای مثال کوانتوم نقطه ای InAS (QDs) در یک لایه مرطوب سازی InAS (WL) در بین زیر پیل InGaAs بدست می آید. تأثیرات محدودیت ابعادی صفر در این ساختارهای نانو به منظور ایجاد انتقال های انرژی باز تولیدپذیر و کنترل شده با همپوشی کارکرد موجی قوی نشان داده شده است. به عنوان یک نتیجه گیری، این ساختارهای نانو می توانند برای مهار انرژی های فوتون زیر شکاف نواری مواد انبوه، به سایزمهندسی شده باشند، که این به توزیع مجدد جریان از پایین زیر پیل Ge تا میانه زیر پیل منجر می شود.
در ترکیب با یک شکاف نواری زیر پیل بالای بهینه شده با استفاده از تأثیرات ترتیبی زیر شبکه در InGap، چگالی جریان مدار کوتاه (Isc) کل قطع را می توان تحت روشنایی خورشیدی -1 افزایش داد. این راهبرد را می توان به طور بلقوه برای افزایش بازدهی کلی قطعه، بسته به افت در ولتاژ مدار باز (Voc) و فاکتور کامل (FE) استنتاج کرد،که این ساختارهای شکاف نواری پایین تر را در زیر پیل میانه معرفی می کند. رسیدن به ولتاژ مدار باز 1-V نزدیک برای یک پیل خورشیدی GaAS تک پیوندی مشتمل بر InAS/GaASQDS، اخیراً در ادبیات [8] نشان داده شده و یک کار برجسته و امیدوار کننده برای کاربردهای MJSC می باشد.
به منظور رسیدن به یک بهبود کلی در عملکرد، اگرچه، دینامیک های حامل نزدیک این ساختارهای ناهمگون نیمه رسانای ابعاد پایین، باید با جزئیات بیشتر ارائه شود، از آنجایی که این بر نسبتهای ترکیبی اثر می گذارد که ذاتاً Voc و FF و بنابراین بازدهی (η) را نشان می دهند. علاوه بر این، این تأثیرات باید همچنین در تمرکزی بررسی شوند که در آنجا رقابت بین نسبتهای باز ترکیب رادیااکتیو و غیر رادیااکتیو عملکرد کلی پیل را نشان می دهد. در این مقاله، ما تحقیقی را در مورد تأثیرات دینامیک های حامل در سیستم InAS/InGaAS QA در عملکرد کلی یک InGap/ InGaAS/Ge MJSC ارائه می کنیم.
این تحقیق، فعالیت پیشین ما را در ایجاد مدل عددی یک QD MJSC مطرح می کند، که بر تولید و باز ترکیب در لایه های QD متمرکز می باشد. ما نخست، پیش از اینکه بحث کنیم که چگونه با دینامیک های حامل در محیط مدل سازی عددی برخورد می شود، طرح کلی خلاصه ای از مدل را ارائه می کنیم. این مدل با استفاده از Sentaurus نوع TCAD و VG-2012-06 به واسطه Synopsys ایجاد می شود، جایی که معادلات انتقال به واسطه روش های عنصر محدود و تفاضل متناهی Device Sentaurus ارائه می شوند. عملکردQD MJSC بنابراین تحت شرایط آزمایشی استاندارد شبیه سازی می شود، پیش از آنکه عملکرد در سراسر روشنایی متمرکز مورد بررسی قرار گیرد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

The key performance metrics of quantum-dot (QD)- lattice-matched multijunction solar cells (MJSCs) composed of InGaP/(In)GaAs/Ge with InAs/GaAs QDs are explored under highconcentration illumination with a focus on the carrier dynamics in the QD layers of the middle subcell. An effective medium approach is used to describe generation and recombination in the QD system, including carrier escape and capture from the weakly con- fining quantum well and the QD states. At a concentration of 1000 suns, simulations indicate that the specific QD MJSC studied outperforms a standard MJSC by 1.1% in relative efficiency operating at 25 °C. However, this gain in efficiency is highly dependent on the confinement potentials of the wetting layer, as well as the resulting current mismatch between the top and middle subcells when carrier escape rates from within the wetting layer confinements are reduced.

THE current research avenue in developing next-generation photovoltaic devices with efficiencies reaching 50% is aligned toward concentrated photovoltaics to focus sunlight onto smaller device areas. This allows for a reduction in the growth and manufacturing costs associated with III–V multijunction solar cells (MJSCs), and also increases device efficiency due to the effects of concentration. The current state-of-the-art triplejunction solar cells, such as the lattice matched device composed of In0.49Ga0.51P/In0.01Ga0.99As/Ge, are currently capable of achieving greater than 40% efficiency at concentrations of 400 suns [1]. However, this MJSC design does not exploit the ideal combination of bandgaps, since the Ge subcell overproduces photocurrent by as much as 60% compared with the top two subcells. The excess photocurrent is dissipated as heat, which results in some performance degradation. An alternative design to this device architecture is obtained by exploiting the self-assembled growth of low-dimensional semiconductor heterostructures such as InAs quantum dots (QDs) on an InAs wetting layer (WL) within the InGaAs subcell. The zero-dimensional confinement effects in these nanostructures have been shown to produce controlled and reproducible energy transitions [2] with strong wave function overlap [3]. As a result, these nanostructures can be size engineered to harness photon energies below the bandgap of the bulk material, which leads to a redistribution of current from the bottom Ge subcell to the middle subcell [4], [5]. Combined with an optimized top subcell bandgap using sublattice ordering effects in InGaP [6], the short-circuit current density (Jsc ) of the full device can be increased under 1-sun illumination [4], [7]. This strategy can potentially be exploited to increase the overall device efficiency depending on the drop in the open-circuit voltage (Voc ) and fill factor (FF) arising from introducing lower bandgap structures in the middle subcell. Achieving near 1-V open-circuit voltage for a single-junction GaAs solar cell containing InAs/GaAs QD has been recently shown in the literature [8] and is a very promising feat for MJSC applications. In order to achieve an overall boost in the performance, however, the carrier dynamics near these low-dimensional semiconductor heterostructures must be understood in greater detail since these affect recombination rates that inherently dictate the Voc and FF, and therefore, the overall efficiency (η). Additionally, these effects must also be studied over concentration where the competition between radiative and nonradiative recombination rates impacts the cell’s overall performance. In this paper, we present a study on the effects of carrier dynamics in the InAs/InGaAs QD system on the overall performance of an InGaP/InGaAs/Ge MJSC. This study builds on our previous work in developing a numerical model of a QD MJSC, which focused on the generation and recombination in the QD layers [4]. We first give a brief outline of the model before discussing how the carrier dynamics are treated in the numerical modeling environment. This model is created using version vG-2012.06 of TCAD Sentaurus by Synopsys, where the transport equations are handled by Sentaurus Device’s finite difference and finite-element methods. The performance of the QD MJSC is then simulated under standard testing conditions (1 kW/m2, AM1.5D spectrum at 300 K) before the performance over concentrated illumination is explored.