Покращення та оптимізація оптичних властивостей двухфаціальних сонячних елементів шляхом додання металевих наночастинок
Анотація
У цьому дослідженні було досліджено зміни оптичних властивостей двостороннього сонячного елемента на основі кремнію зі структурою n⁺–p–p⁺ за допомогою числового моделювання з використанням програмного середовища Sentaurus TCAD. Різні металеві наночастинки були вбудовані в шар емітера в лінійній конфігурації для аналізу їхнього впливу на процеси поглинання та розсіювання світла. У дослідженні порівнювалися металеві наночастинки платини (Pt), золота (Au), срібла (Ag), алюмінію (Al) та міді (Cu). Всі наночастинки були змодельовані з однаковим діаметром (5 нм), і для кожної конфігурації були отримані вольт-амперні (ВА) характеристики. Результати моделювання показали, що наночастинки платини дали найвищу щільність струму короткого замикання - 13,8 мА/см², тоді як наночастинки срібла дали найнижчу - 5,027 мА/см². Оптимальні параметри спостерігалися для наночастинок діаметром 5 нм. Крім того, було виявлено, що щільність поглинання фотонів для найефективнішого типу металу була в 1,81 рази більшою, ніж у еталонної структури без наночастинок. Крім того, спектральна чутливість кремнію змістилася в ультрафіолетову область у присутності металевих наночастинок. Дослідження продемонструвало покращене використання спектру видимого світла, і завдяки вбудованим наночастинкам загальний коефіцієнт поглинання двостороннього сонячного елемента збільшився в 1,33 рази, що ефективніше узгоджується з видимим спектральним діапазоном.
Завантаження
Посилання
M.A. Green, Third generation photovoltaics: Advanced solar energy conversion. Springer Science & Business Media.
A. Cuevas, “The ultimate efficiency of bifacial solar cells,” Solar Energy, 112, 740-745 (2005).
R. Aliev, M. Komilov, N. Mirzaalimov, A. Mirzaalimov, S. Alive, I. Gulomova, and J. Gulomov, “Textured Bifacial Silicon Solar Cells Under Various Illumination Conditions,” Journal of Nano and Electronic Physics. 16(5), 05025-05031 (2024). https://doi.org/10.21272/jnep.16(5).05025
R. Aliev, M. Komilov, S. Aliev, and I. Gulomova, “Comparative analysis of conventional and bifaical solar cells under various illumination conditions,” Physics and Chemistry of Solid State, 25(4), 844–852 (2024). https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.844-852
R. Aliev, M. Komilov, I. Gulomova, A. Mirzaalimov, N. Mirzaalimov, S. Aliev, and J. Gulomov, “Effect of temperature on the properties of a bifacial textured solar cell,” Vidnovluvana Energetika, 81(2), 97-105 (2025). https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.2(81).97-105
N.A. Mirzaalimov, R. Aliev, A.A. Mirzaalimov, B.D. Rashidov, S. Qahramonova, and T. Abdulazizov, “Hybrid Solar-Wind Micro-Energy Systems in 3D Format for City Streets,” in: Sustainable Living Solutions: Renewable Energy and Engineering. EDMSET 2024. Advances in Science, Technology & Innovation, edited by E. Dobjani, et al. (Springer, Cham. 2025). https://doi.org/10.1007/978-3-031-76837-8_20
L. Xu, et al., “Heat generation and mitigation in silicon solar cells and modules,” Joule, 5(3), 631–645 (2021). https://doi.org/10.1016/J.JOULE.2021.01.012
Y.Q. Gu, C. R. Xue, and M. L. Zheng, “Technologies to Reduce Optical Losses of Silicon Solar Cells,” Advanced Materials Research, 953–954, 91–94 (2014). https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMR.953-954.91
B. Hoex, M. Dielen, M. Lei, T. Zhang, and C. Y. Lee, “Quantifying optical losses of silicon solar cells with carrier selective hole contacts,” AIP Conference Proceedings, 1999(1), 040010 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5049273
B. Kumaragurubaran, and S. Anandhi, “Reduction of reflection losses in solar cell using Anti Reflective coating,” in: 2014 International Conference on Computation of Power, Energy, Information and Communication, ICCPEIC, pp. 155–157, (2014). https://doi.org/10.1109/ICCPEIC.2014.6915357
S.J. Jang, et al., “Antireflective property of thin film a-Si solar cell structures with graded refractive index structure,” Optics Express, 19(S2), A108-A117 (2011). https://doi.org/10.1364/OE.19.00A108
S.C. Baker-Finch, and K.R. McIntosh, “Reflection distributions of textured monocrystalline silicon: implications for silicon solar cells,” Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 21(5), 960–971 (2013). https://doi.org/10.1002/PIP.2186
H. Park, S. Kwon, J.S. Lee, H.J. Lim, S. Yoon, and D. Kim, “Improvement on surface texturing of single crystalline silicon for solar cells by saw-damage etching using an acidic solution,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 93(10), 1773–1778 (2009). https://doi.org/10.1016/J.SOLMAT.2009.06.012
X. Huang, S. Han, W. Huang, and X. Liu, “Enhancing solar cell efficiency: the search for luminescent materials as spectral converters,” Chemical Society Reviews, 42(1), 173–201 (2012). https://doi.org/10.1039/C2CS35288E
J. Gulomov, and R. Aliev, “The Way of the Increasing Two Times the Efficiency of Silicon Solar Cell,” Physics and Chemistry of Solid State, 22(4), 756–760 (2021). https://doi.org/10.15330/pcss.22.4.756-760.
J. Frank, M. Rüdiger, S. Fischer, J.C. Goldschmidt, and M. Hermle, “Optical Simulation of Bifacial Solar Cells. Energy Procedia,·27, 300-305 (2012). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.07.067
I.A. Yuldoshev, M.Q. Sultonov, and F.M. Yuldashev, Quyosh energetikasi” darslik, (Bookany print, Toshkent, 2022).
A. Blakers, N. Zin, K.R. McIntosh, and K. Fong, “High Efficiency Silicon Solar Cells,” Energy Procedia, 33, (2013).
H.A. Atwater, and A. Polman, “Plasmonics for improved photovoltaic devices,” Nature materials, 9(3), 205–213 (2010). https://doi.org/10.1038/nmat2629
M.Z. Nosirov, et al., “Photoemission current from metal nanoparticles in silicon,” J. Nano- Electron. Phys. 16(5) 05026 (2024). https://doi.org/10.21272/jnep.16(5).05026
K.R. Catchpole, and A. Polman, “Plasmonic solar cells,” Optics Express, 16(26), 21793–21800 (2008). https://doi.org/10.1364/OE.16.021793
R.A. Pala, J. White, E. Barnard, J. Liu, and M.L. Brongersma, “Design of plasmonic thin-film solar cells with broadband absorption enhancements,” Advanced Materials, 21(34), 3504–3509 (2009). https://doi.org/10.1002/adma.200900331
V.E. Ferry, L.A. Sweatlock, D. Pacifici, and H.A. Atwater, “Plasmonic nanostructure design for efficient light coupling into solar cells,” Nano Letters, 8(12), 4391–4397 (2008). https://doi.org/10.1021/nl8022548
P. Spinelli, M.A. Verschuuren, and A. Polman, “Broadband omnidirectional antireflection coating based on subwavelength surface Mie resonators.” Nature Communications, 3, 692 (2012). https://doi.org/10.1038/ncomms1691
J. Zhu, C.M. Hsu, Z. Yu, S. Fan, and Y. Cui, “Nanodome solar cells with efficient light management and self-cleaning,” Nano Letters, 10(6), 1979–1984 (2009). https://doi.org/10.1021/nl9034237
S.L. Khrypko, and G.K. Zholudev, “Modeling of the Electric Characteristics of Photovoltaic Cell Based on Silicon,” J. Nano- Electron. Phys. 3(3), 90-99 (2011).
A.M. Laoufi, B. Dennai, O. Kadi, and M. Fillali, “Study of the Effect of Absorber Layer Thickness of CIGS Solar Cells with Different Band Gap Using SILVACO TCAD,” Journal of nano- and electronic physics, 13(4), 04018 (2021). https://doi.org/10.21272/jnep.13(4).04018
R.V. Zaitsev, and M.V. Kirichenko. Improving the Physical Model of GaAs Solar Cells. Journal of Nano- And Electronic Physics 12(6), 06015 (2020). https://doi.org/10.21272/jnep.12(6).06015
Авторське право (c) 2025 Муроджон М. Комілов, Райімжон Алієв, Авазбек А. Мірзаалімов, С.Р. Алієв, Муроджон К. Абдувохідов, Наврузбек А. Мірзаалімов, Дж. Зійотдінов, Содікджон І. Теміров
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
