International Science and Technology Journal
Published by
Under supervision of
Open Access Journal
ISSN: 2519-9854 (Online)
ISSN: 2519-9846 (Print)
A peer-reviewed and open access journal concerned with publishing researches and studies in the field of applied sciences and engineering
تصميم خلية شمسية ذات الأغشية الرقيقة، صديقة للبيئة، ودراسة تأثير درجة الحرارة على خصائصها الكهربائية باستخدام برنامج محاكاة الخلايا الشمسية في بعد واحد
| Researcher(s): | - سعاد محمد أبوزريبة
- هاجر علي اشكيربان
|
|---|
| Institution: | قسم الفيزياء ، جامعة مصراته ، مصراته ليبيا |
|---|
| Field: | الطاقات المتجددة |
|---|
| Published in: | 33rd volume - January 2024 |
|---|
الملخص
بالرغم من النتائج الجيدة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من حيث توفر إمكانية تقليل التكاليف للتصنيع مقارنة بالخلايا الشمسية التقليدية القائمة على السليكون، تم ابراز العديد من العيوب المتعلقة بالمواد المستخدمة وبعض المواد نادرة وغير متوفرة وغالية الثمن مثل: الجاليوم والأنديوم والسلينيد، وبعض المواد سامة مثل الزرنيخ والكادميوم؛ لذلك هنالك حاجة لتحديد المواد ذات الأغشية الرقيقة التي تتكون من عناصر وفيرة وأقل سمية وذات كفاءة.
يعتبر فيلم نحاس قصدير الزنك كبريتيد(CZTS) من المواد الجيدة المستخدمة في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة؛ لما له من مميزات تجعله مادة امتصاص مثالية، تستخدم لتكوين الطبقة الماصة كما أن مكوناته متوفرة مما يمكنه من أن يحل محل نحاس أنديوم جاليوم (CIGS) وكبريتيد الكادميوم (CdTe) ، لأنها تتكون من مواد سامة ومواد نادرة؛و بناء على ذلك فقد تم في هذا البحث تصميم خلية شمسية ذات الاغشية الرقيقة بمواد غير سامة، باستخدام برنامج محاكاة للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة, صممت الخلية الشمسية من مركب نحاس قصدير كبريتيد الزنك (CZTS) كطبقة ماصة بسبب خصائصها الكهروضوئية الممتازة وموادها الوفيرة في الأرض والغير سامة, وثاني أكسيد التيتانيوم (〖TiO〗_2) كطبقة عازلة كبديل لكبريتيد الكادميوم لاحتوائه على عنصر الكادميوم السام، وأكسيد الزنك(Zno) كطبقة نافذة للحصول على الخصائص المميزة للخلية الشمسية المصممة المتمثلة في كفاءة الخلية وعامل الملء(FF) وجهد الدائرة المفتوحة(V_oc) ، وكثافة تيار الدائرة القصيرة(J_SC) ، ودراسة تأثير درجة الحرارة على الخصائص المميزة للخلية الشمسية المصممة. وأظهرت الدراسة الوصول إلى تصميم خلية شمسية بكفاءة η=29.735%,وعامل الملئ FF=87.66% ،وجهد الدائرة المفتوحة V_oc=1.0385v، وكثافة تيار الدائرة القصيرة J_SC=32.712090mA/Cm^2 ، إضافة لذلك فقد تمت دراسة تأثير درجة الحرارة على خصائص الخلية الشمسية، حيث تبين أن بزيادة درجة الحرارة تقل الكفاءة، وتزداد كثافة التيار للدائرة القصيرة، ويقل جهد الدائرة المفتوحة وعامل الملء.
الكلمات المفتاحية: خلية شمسية ذات أغشية رقيقة - نحاس قصدير كبريتيد الزنك CZTS - الكفاءة – عامل الملء – تيار الدائرة القصيرة – جهد الدائرة القصيرة – درجة الحرارة – برنامج المحاكاة في بعد واحد.
Abstract
Despite the good results of thin-film solar cells in terms of providing the possibility of reducing manufacturing costs compared to traditional silicon-based solar cells, many disadvantages related to the materials used have been highlighted; some materials are rare, unavailable, and expensive, such as: gallium, indium, and selenide, and some materials are toxic, such as arsenic and cadmium; therefore, there is a need to identify thin-film materials that consist of abundant, less toxic and efficient elements.
Copper zinc tin sulfide (CZTS) film is a good material for thin-film solar cells. Because it has characteristics that make it an ideal absorbent material, it is used to form the absorbent layer, and its components are available, which enables it to replace copper indium gallium (CIGS) and cadmium sulfide (CdTe); Because it consists of toxic substances and expensive materials; Accordingly, in this research, a thin-film solar cell was designed using non-toxic materials, using a simulation program for thin-film solar cells. The solar cell was designed from a copper zinc tin sulfide (CZTS) compound as an absorbent layer due to its excellent photoelectric properties and its abundant materials in the ground and non-toxic. Toxic, titanium dioxide (〖TiO〗_2) as an insulating layer as an alternative to cadmium sulfide because it contains the toxic element cadmium, and zinc oxide (ZnO) as a permeable layer, to obtain the distinctive characteristics of the designed solar cell represented by cell efficiency, fill factor (FF), open circuit voltage (V_oc), and short-circuit current density. (J_SC), and study the effect of temperature on the distinctive characteristics of the designed solar cell. The study showed that a solar cell design with efficiency η = 29.735%, fill factor FF = 87.66%, open circuit voltage V_oc= 1.0385 v, and short circuit current density J_SC= 32.712090 mA/Cm^2, in addition to that, the effect of temperature on the properties of The solar cell, as it was shown that with increasing temperature the efficiency decreases, the short circuit current density increases, and the open circuit voltage and fill factor decrease.
key words: Thin film solar cell - Copper Zinc Tin Sulphide (CZTS)- Efficiency – Filling Factor –Short circuit current - short circuit voltage - Temperature -One-dimensional simulation program (SCAPS).