Share
تقييم كفاءة خلية شمسية من مادة السيليكون ذات اخاديد مختلفة الشكل باستخدام برنامج زيماكس == Efficiency Evaluation of Different Grooves Silicon Solar Cell Using ZEMAX
Author name:
مريم ازهر علي غالب
Supervisor name:
علاء بدر حسن
General topic:
Physics
Specific topic:
Solar Energy Physics
Degree:
Master
University:
University of Baghdad - Ibn Al-Haytham College Of Education For Pure Sciences - Physics Department
Language:
Arabic
University location:
Baghdad
First pages:
26T1937 - p.pdf
Abstract:
تم في هذا البحث تصميم خلية شمسية سليكونية ذات اخاديد تلامس سطحها العلوي لزيادة كفاءة الخلية عن طريق تقليل الانعكاسية للاشعة الساقطة، وكذلك زيادة طول المسار البصري للاشعة وتقليل عدد الاشعة الساقطة بزاوية اقل من الزاوية الحرجة، وبالتالي زيادة فرصة امتصاص الفوتونات داخل الخلية. تكون الاخاديد مصنوعة من السليكون وتضاف الى سطح الخلية الشمسية، حيث تلامس سطحها العلوي، وصممت بخمسة اشكال هي : ( الاول : خلية شمسية ذات اخاديد مثلثة الشكل متغيرة عرض القاعدة، والثاني : خلية شمسية ذات اخاديد مثلثة الشكل متغيرة عرض الراس، والثالث : خلية شمسية ذات اخاديد مستطيلة الشكل متغيرة الارتفاع، والرابع : خلية شمسية ذات اخاديد مستطيلة الشكل متغيرة العرض، والخامس : خلية شمسية ذات اخاديد نصف كروية الشكل ). ويوضع اسفل كل خلية كاشف له ابعاد تساوي ابعاد الخلية يكون متحسسا للضوء المرئي والاشعة تحت الحمراء الذي يتوافق مع نفاذية السيليكون حيث كلما ازدادت الانعكاسات الداخلية للخلية ازدادت قراءة الكاشف، وبالنتيجة يمكن معرفة مقدار كسب الاشعة من خلال زيادة طول المسار البصري لها. صممت الاخاديد لقيم مختلفة من نسبة المظهر وهي (0.5 - 0.6 - 0.7 - 0.8 - 0.9 - 1 - 1.2 - 1.4 - 1.6 - 1.8 - 2)، وعند كل نسبة مظهر يتغير طول الاخدود (Z) مرة وعرض الاخدود (W) مرة اخرى، اذ تساعد هذه الاخاديد على تقليل الانعكاسية وزيادة طول المسار البصري، وبالتالي رفع كفاءة الخلية الشمسية. صممت الخلايا الشمسية في هذا البحث باستخدام برنامج (زيماكس) للتصاميم البصرية حيث استخدم نظام تتبع الاشعة غير المتسلسل وكان عدد الاشعة المستخدم في البرنامج نحو (1000) شعاع يسقط بصورة عمودية على الخلية ( ͦ 0 = ϴ)، وتم استخدام زاوية ميلان الاشعة الساقطة بحدود ( ͦ 10 - ͦ 80 ) باتجاهين الاول موازي والاخر مقاطع للاخاديد، وذلك لمعرفة تاثير زاوية السقوط على كفاءة الخلية ومدى تاثير الاخاديد على زاوية السقوط. وبعد هذا العمل والدراسة فيه تم التوصل الى ان افضل نموذج من هذه النماذج الخمسة والاكثر كفاءة هو نموذج خلية شمسية ذو اخاديد نصف كروية الشكل اعطى اعلى قراءة كاشف (3500) شعاع اي ثلاثة اضعاف ونصف العدد الاصلي ، ويليه ثانيا نموذج الخلية الشمسية ذات الاخاديد المثلثة الشكل متغيرة عرض القاعدة حيث اعطى اعلى قراءة كاشف (2500) شعاع اي يعادل مرتين ونصف العدد الاصلي من الاشعة الساقطة، ثم يليه ثالثا نموذج الخلية الشمسية ذو الاخاديد المثلثة الشكل متغيرة عرض الراس وتصل اعلى قراءة كاشف (1400) شعاع، ويليه نموذج الخلية الشمسية ذات الاخاديد المستطيلة الشكل بنوعيها وتصل اعلى قراءة كاشف (1000) شعاع اي العدد الاصلي نفسه من الاشعة الساقطة. ونلاحظ انه عند تغير الزاوية تظهر قراءة الكاشف بهبوط تدريجي. يكون توزيع الاستضاءة للنماذج بوجود تفاوت طفيف في توزيع الاشعة على الخلية، مما يثبت ان توزيع الاستضاءة منتظم لكل ابعاد الخلية. | In this work silicon solar cell has been designed with grooves texture it's upper surface to increase efficiency by reducing reflection of rays and increasing optical path through the cell and subsequently increasing absorption photons into the cell. The grooves is designed from silicon and appended to the upper surface of solar cell. There are five samples have been designed : triangle shape grooves solar cell with variable base, triangle shape grooves solar cell with variable apex, rectangular shape grooves solar cell with variable height, rectangular shape grooves solar cell with variable width, and semicircular shape grooves solar cell. There is detector positioned at the bottom of the cell which has sensitivity for visible light and ir that appropriate with silicon optical transmission and whenever increase internal reflections for cell increase the detector reading then the result it the quantity of ray from increasing optical path. The grooves designed of variable value of aspect ratio (0.5 , 0.6 ,0.7 ,0.8 , 0.9 ,1 , 1.2 ,1.4 , 1.6 , 1.8 and 2) and at any aspect ratio value either grooves length (z) or grooves width (w) variant. The grooves decrease the reflection and increasing optical path through the cell and subsequently increasing solar cell efficiency. In this work, solar cell has been designed by using non - sequential ray tracing mode software program for optical design (zemax). The number of rays used in the program (1000) rays incident vertically on the cell ( ͦ 0 = ϴ) and used incident ray bevel angle( ͦ 10 - ͦ 80 ) in two directions parallel and cross with the grooves to explanation the effect of incident angle on cell efficiency and grooves effect range on incident angle. The best model achieved the five models and (more efficiency) it semicircular shape grooves that gives detector reading (3500) rays equal three times and half of grand number of incident rays, and then triangular shape grooves with variable base that gives detector reading (2500) ray equal twice and half of the grand number of incident rays, and then triangular shape grooves with variable apex that gives detector reading (1400) ray, and then rectangular shape grooves that gives detector reading (1000) ray equal the grand number of incident rays. Obviously increasing angle caused graduated detector reading. The illuminance distribution shows variation of rays distribution on the cell that give uniform illuminance distribution for all cell dimensions.
