Published September 18, 2023
| Version v1
Publication
Open
Design and optimisation of two-terminal InGaP/Si tandem solar cell through numerical simulation
Description
Abstract The two-terminal III-V/Si double junction solar cells were recognized to achieve comparable performance with lower cost of fabrication than the III-V/III-V tandems. They have already yielded an efficiency of 35.9% of power conversion. However, this performance still remains below the theoretically limit which is stated to be beyond 43%. Considering monolithic InGaP/Si based tandem designed with double back surface field layers, this work dealt with optimization of efficiency as a function of the structure layers thicknesses and dopings. Numerical simulations were conducted for this purpose by using Silvaco/ATLAS TCAD software and were sorted according to a multi-step optimization procedure. The obtained optimum tandem InGaP/Si solar cell reached an unprecedented power conversion efficiency of 38.16% under 1.5G spectrum. Furthermore, a realistic analysis of performance of this structure was performed under different temperatures and illumination levels. The effect of InGaP band gap variation on efficiency was also investigated.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة تم التعرف على الخلايا الشمسية ثنائية الوصلة III - V/Si لتحقيق أداء مماثل بتكلفة تصنيع أقل من ترادف III - V/III - V. لقد حققوا بالفعل كفاءة تبلغ 35.9 ٪ من تحويل الطاقة. ومع ذلك، لا يزال هذا الأداء أقل من الحد النظري الذي يقال إنه يتجاوز 43 ٪. بالنظر إلى الترادف المتجانس القائم على InGaP/Si المصمم بطبقات مجال سطح خلفية مزدوجة، تناول هذا العمل تحسين الكفاءة كدالة لسمك طبقات الهيكل والمنشطات. تم إجراء عمليات محاكاة رقمية لهذا الغرض باستخدام برنامج Silvaco/ATLAS TCAD وتم فرزها وفقًا لإجراء تحسين متعدد الخطوات. وصلت الخلية الشمسية InGaP/Si الترادفية التي تم الحصول عليها إلى كفاءة تحويل طاقة غير مسبوقة بلغت 38.16 ٪ تحت طيف 1.5G. علاوة على ذلك، تم إجراء تحليل واقعي لأداء هذا الهيكل تحت درجات حرارة ومستويات إضاءة مختلفة. كما تم التحقيق في تأثير تباين فجوة نطاق InGaP على الكفاءة.Translated Description (French)
Résumé Les cellules solaires à double jonction III-V/Si à deux bornes ont été reconnues pour atteindre des performances comparables avec un coût de fabrication inférieur à celui des tandems III-V/III-V. Ils ont déjà donné un rendement de 35,9% de conversion d'énergie. Cependant, cette performance reste toujours inférieure à la limite théorique qui est déclarée supérieure à 43%. En considérant un tandem monolithique à base d'InGaP/Si conçu avec des doubles couches de champ de surface arrière, ce travail a porté sur l'optimisation de l'efficacité en fonction des épaisseurs et des dopages des couches de structure. Des simulations numériques ont été réalisées à cet effet à l'aide du logiciel Silvaco/ATLAS TCAD et ont été triées selon une procédure d'optimisation en plusieurs étapes. La cellule solaire optimale en tandem InGaP/Si obtenue a atteint une efficacité de conversion d'énergie sans précédent de 38,16 % sous un spectre de 1,5 G. En outre, une analyse réaliste des performances de cette structure a été effectuée sous différentes températures et niveaux d'éclairage. L'effet de la variation de la bande interdite de l'InGaP sur l'efficacité a également été étudié.Translated Description (Spanish)
Resumen Las células solares de doble unión III-V/Si de dos terminales fueron reconocidas por lograr un rendimiento comparable con un menor coste de fabricación que los tándems III-V/III-V. Ya han producido una eficiencia del 35,9% de la conversión de energía. Sin embargo, este rendimiento aún se mantiene por debajo del límite teórico que se afirma que está más allá del 43%. Teniendo en cuenta el tándem monolítico basado en InGaP/Si diseñado con capas de campo de doble superficie posterior, este trabajo se ocupó de la optimización de la eficiencia en función de los espesores y dopajes de las capas de estructura. Las simulaciones numéricas se realizaron para este propósito utilizando el software Silvaco/ATLAS TCAD y se clasificaron de acuerdo con un procedimiento de optimización de varios pasos. La célula solar InGaP/Si en tándem óptima obtenida alcanzó una eficiencia de conversión de energía sin precedentes del 38,16% bajo un espectro de 1,5 G. Además, se realizó un análisis realista del rendimiento de esta estructura bajo diferentes temperaturas y niveles de iluminación. También se investigó el efecto de la variación de la brecha de banda de InGaP sobre la eficiencia.Files
latest.pdf.pdf
Files
(1.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ec40dd689d64c825577b70ff9ed1a1d3
|
1.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم وتحسين الخلية الشمسية InGaP/Si الترادفية ثنائية الطرف من خلال المحاكاة العددية
- Translated title (French)
- Conception et optimisation d'une cellule solaire tandem InGaP/Si à deux bornes par simulation numérique
- Translated title (Spanish)
- Diseño y optimización de célula solar tándem InGaP/Si de dos terminales mediante simulación numérica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4386838099
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-3345573/v1
References
- https://openalex.org/W1174366103
- https://openalex.org/W2004670457
- https://openalex.org/W2013943268
- https://openalex.org/W2056023242
- https://openalex.org/W2061920451
- https://openalex.org/W2134161979
- https://openalex.org/W2216432981
- https://openalex.org/W2342686533
- https://openalex.org/W2527603233
- https://openalex.org/W2588252425
- https://openalex.org/W2746984947
- https://openalex.org/W2794363717
- https://openalex.org/W2811054999
- https://openalex.org/W2811417826
- https://openalex.org/W2884140065
- https://openalex.org/W2903340643
- https://openalex.org/W2935228204
- https://openalex.org/W3009402501
- https://openalex.org/W3047620224
- https://openalex.org/W3092279637
- https://openalex.org/W3113860089
- https://openalex.org/W3132988348
- https://openalex.org/W3134488906
- https://openalex.org/W3176578413
- https://openalex.org/W3187031739
- https://openalex.org/W3209059555
- https://openalex.org/W3214461999
- https://openalex.org/W3216266794
- https://openalex.org/W4220877476
- https://openalex.org/W4280582966
- https://openalex.org/W4281674959
- https://openalex.org/W4283314490
- https://openalex.org/W4308463278
- https://openalex.org/W4313829227