عنوان پایان‌نامه
بررسی و مدل سازی تاثیر خواص الکتریکی مرزدانه ها بر عملکرد سلول های خورشیدی مولتی کریستال سیلیسیم
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2280;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58959
- تاریخ دفاع
- ۰۲ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- بنت الهدی سلیمانی
- استاد راهنما
- ابراهیم اصل سلیمانی
- چکیده
- پلی کریستال سیلیسیم به دلیل هزینه تولید کمتر نسبت به انواع دیگر سلول های خورشیدی توسط بسیاری از تولید کنندگان سلول خورشیدی استفاده می شود. بازده این نوع سلول در مقایسه با سلول های مونوکریستال سیلیسیم کمتر است که علت عمده آن وجود نقص های شبکه شامل مرزدانه ها و نابجایی ها و ناخالصی های ناخواسته مانند انواع فلزات واسطه است که در حین رشد بلور وارد آن می شوند. هدف از این پایان نامه بررسی اثرات این عوامل به ویژه مرزدانه ها بر عملکرد سلول خورشیدی می باشد. طول عمر حامل ها از جمله عوامل مهم تاثیرگذار بر جریان خروجی و بازده سلول است. این پارامتر به شدت تحت تاثیر بازترکیب از طریق تله ها کاهش می یابد. چگالی تله ها به علت افزایش نقص ها و رسوب ناخالصی ها در اطراف مرزدانه ها و نابجایی ها به شدت افزایش می یابد. در این پایان نامه فرآیند پیش گرمادهی بهینه در دمای 750 سانتیگراد و به مدت یک ساعت به منظور افزایش اثر جمع آوری ناخالصی های ناخواسته حین نفوذ فسفر پیشنهاد شد. با پیش گرمادهی در این شرایط طول عمر حامل ها پس از نفوذ فسفر افزایش بیشتری می یابد و در عین حال مقاومت صفحه ای امیتر زیاد افزایش نمی یابد. مدل سازی طول عمر حامل های اقلیت در پلی کریستال سیلیسیم پس از نفوذ فسفر می تواند به بهینه سازی فرآیند نفوذ کمک کند. اما به دلیل عوامل غیریکنواخت در پلی سیلیسیم مانند ساختارمرزدانه ها، چگالی نابجایی ها و ناخالصی های ناخواسته که درقرص های مختلف نیز متفاوت است؛ مدل سازی فیزیکی طول عمر حامل ها برپایه معادلات نفوذ در این ماده بسیار مشکل است که اثر فرآیند نفوذ فسفر بر تغییر نحوه توزیع ناخالصی در سطح قرص بر این پیچیدگی می افزاید. در اینجا روشی متفاوت نسبت به مدل سازی های پیشین برای طول عمر حامل ها در ویفرهای پلی کریستال مختلف و شرایط مختلف نفوذ ارائه شده است. این مدل با استفاده از ماشین بردار پشتیبان که از روش های یادگیری ماشین است متوسط طول عمر حامل ها در پلی کریستال سیلیسیم پس از نفوذ را با خطای قابل قبولی پیش بینی می کند. ورودی های مدل متوسط طول عمر اولیه قرص، مقاومت ویژه، زمان و دمای نفوذ می باشد و خروجی آن متوسط طول عمر حامل ها در پلی کریستال سیلیسیم پس از نفوذ فسفر می باشد. به منظور افزایش قدرت تعمیم دهی مدل، داده های یادگیری و تست مجموعه ای از داده های معتبر استخراج شده از مراجع مختلف به همراه داده های اندازه گیری شده از نتایج آزمایشگاهی می باشد. عملکرد مدل براساس معیار حداقل مربعات خطا ارزیابی شده است. پس از بررسی انواع هسته ها و روش های نرمالیزاسیون مختلف، نتایج شبیه سازی نشان می دهد که رابطه میان طول عمر پس از نفوذ و مشخصات ویفر اولیه و پارامترهای نفوذ خطی نیست و مدل هسته گوسی GRBF کمترین خطا در پیش بینی نتایج داده های تست را دارد. این نتیجه می تواند با توزیع گوسی بسیاری پدیده های فیزیکی در ارتباط باشد که از جمله آن توزیع گوسی چگالی تله ها در اطراف مرزدانه ها می باشد. همچنین به منظور مدل سازی اثر ناخالصی ها بر عملکرد سلول مونوکریستال سیلیسیم مدل توازن جزء به جزء پیاده سازی شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش چگالی تله ها جریان بازترکیب SRH افزایش یافته و بازده سلول کاهش می یابد.
- Abstract
- Polycrystalline silicon wafers are widely used as a preferred material by the manufactures of solar cells. However, efficiency of polycrystalline solar cell is less compared monocrystalline silicon cells. Efficiency reduction is mainly due to crystalline defects such as grain boundaries, dislocations and excess impurities mostly transition metals introduced during crystalline growth. In this thesis, effect of polycrystalline imperfections on the solar cell efficiency was examined mainly through their impact on carrier lifetime after phosphorus diffusion. Minority carrier lifetime is one of the important factors affecting output current and efficiency of solar cells. Carrier lifetime degraded dramatically because of recombination through traps. Around grain boundaries and dislocations, trap density increase significantly because of accumulation of defects and impurity precipitates around them. In this thesis, an optimized pre-annealing process has been suggested to enhance impurity gettering during phosphorous diffusion. The results demonstrate that optimized pre-annealing at 750 ? for 1h increase carrier lifetime after subsequent phosphorous diffusion while the emitter sheet resistance does not rise significantly. Carrier lifetime modeling in polycrystalline silicon solar cell particularly after phosphorous diffusion is useful for optimization of diffusion process. Inhomogeneous distribution of grain boundaries structure, dislocations density and impurities concentration throughout polycrystalline wafer make physical modeling of carrier lifetime difficult, while variation of these parameters from one wafer to another and redistribution of impurities during diffusion process adds more complexity. So physical modeling based on drift-diffusion equation esp. after diffusion process considering effects of all these varying parameters is almost impossible. Here a completely different approach to traditional models is used to estimate carrier lifetime for different polycrystalline silicon wafers processed with different diffusion conditions. This machine learning based model employs Support Vector Machines regression to model the lifetime of polycrystalline silicon wafer after diffusion with acceptable accuracy. The inputs of the SVM for each wafer are the initial average lifetime and resistivity of the wafer as well as diffusion temperature and time, while the output is the final average lifetime. In order to improve prediction performance of the model, two groups of data were employed including experimental results and extracted data from published references. The performance of the model has been evaluated through MSE. The results imply that the relationship between final lifetime, diffusion parameters and wafer initial characteristics is far from linear, while Gaussian RBF best represents this relationship. This has something to do with the Gaussian distribution of several physical phenomena, such as the Gaussian distribution of traps around grain boundaries. In addition, physical detailed balance model for monocrystalline silicon solar cell was implemented and the effect of impurities on carrier lifetime was investigated. Simulation results illustrate that increasing trap density, increase SRH recombination so decreasing solar cell efficiency.
