محمد رزاقی

در این رساله، مدل تئوری سه‌بعدی به روش المان محدود (FEM) برای بررسی ویژگی‌های اپتیکی و الکتریکی سلول‌های خورشیدی تاندم پروسکایتی ارائه می‌شود. پنج نوع از ساختارهای متنوع سلول‌های خورشیدی تاندم مبتنی بر پروسکایت با هدف غلبه بر حد نظری بازده تبدیل توان (PCE) مربوط به سلول‌های خورشیدی پروسکایتی تک اتصالی مطرح شده توسط شاکلی و کویزر طراحی و مدل‌سازی می‌شوند. با هدف ارائه یک افزاره فتوولتائیک کم‌هزینه، کارآمد و دارای انعطاف‌پذیری مکانیکی عالی و همچنین ویژگی‌های خود تمیز شوندگی و سازگار با محیط زیست، یک سلول خورشیدی تاندم چهار ترمینالی تمام پروسکایتی فاقد سرب MASnI3-MAGeI3 با بسترهای منعطف طراحی می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که این ساختار دارای PCE کل 24.65% است. به منظور ارتقا PCE کل ساختار، استراتژی‌های مدیریت نور همچون حذف لایه بافر، افزودن لایه ضد انعکاس و همچنین استفاده از نانوساختارهای فوتونیکی و پلاسمونیکی متناوب استفاده می‌شوند. در نهایت، بهترین ساختار با PCE کل 30.14% معرفی می‌شود. با ترکیب دو سلول خورشیدی پروسکایتی فاقد سرب در یک چینش دو ترمینالی و ایجاد شرایط تطبیق جریان بین دو سلول خورشیدی فرعی (برابر بودن جریان‌های هر دو جز)، چگالی جریان اتصال کوتاه (Jsc) تطبیقی و PCE به ترتیب 12.30mA/cm^2 و %28.46 به دست می‌آیند. سپس، با انتخاب بهترین مواد برای لایه اتصال جلویی، لایه میانی اتصال دهنده دو سلول خورشیدی فرعی و افزودن یک لایه ضد انعکاس در بالای ساختار، جریان تطبیقی و PCE ارتقا داده می‌شوند. در نهایت، یک سلول خورشیدی تاندم دو ترمینالی تمام پروسکایتی دوست دار محیط زیست با PCE برابر با 33.14% پیشنهاد می‌شود. در ادامه یک سلول خورشیدی تاندم چهار ترمینالی CsSn0.5Ge0.5I_3-CZTSe طراحی و مدل‌سازی می‌شود. PCE این سلول خورشیدی فاقد سرب 13.44% بدست آورده می‌شود. در ادامه با انتخاب بهترین مواد برای لایه‌های انتقال دهنده الکترون و حفره در سلول خورشیدی فرعی بالایی، افزودن لایه ضد انعکاس به ساختار و بهینه‌سازی ماده لایه بافر و پنجره سلول خورشیدی فرعی پایینی، یک سلول خورشیدی تاندم پروسکایت-کستریت غیر سمی با بازدهی 17.63% معرفی و پیشنهاد می‌شود. در پایان، دو ساختار از سلول‌های خورشیدی تاندم پروسکایت-کالکوجنید با چینش‌های مختلف طراحی و مدل‌سازی می‌شوند. در اولین ساختار، دو چینش دو و چهارترمینالی سلول خورشیدی تاندم پروسکایت با ساختار معکوس-کالکوجنید با یکدیگر مقایسه می‌شوند. سپس با افزودن مواد ضد انعکاس مناسب به هر ساختار، یک سلول خورشیدی تاندم دو ترمینالی با PCEبرابر با 25.65% و یک سلول خورشیدی تاندم چهار ترمینالی با PCEبرابر با 27.45% معرفی می‌شوند. در دومین ساختار، یک سلول خورشیدی تاندم چهارترمینالی پروسکایت با ساختار مستقیم-کالکوجنید با PCE 27.48% پیشنهاد می‌شود. در این سلول خورشیدی از یک ماده پروسکایت شبه دوبعدی به عنوان لایه سرپوش جاذب پروسکایتی استفاده می‌شود. بنابراین، یک سلول خورشیدی تاندم با پایداری بالا معرفی و پیشنهاد می‌شود.