A Novel Analytical Approach to the Solar Cell Junction Physical Parameters Identification

Abstract

Активно проводяться дослідження для підвищення ефективності та продуктивності фотоелектричних і термофотоелектричних систем і елементів. Для покращення конструкції та характеристик таких систем, де зазвичай використовуються напівпровідникові переходи, необхідно розуміти електричні властивості цих пристроїв і процеси провідності на межу поділу структури. Відомо, що робота та характеристики фотоелектричних компонентів тісно пов’язані з так званим темновим струмом. Знання походження цього струму дозволяє покращити структурну конфігурацію пристрою, наприклад, шляхом регулювання товщини напівпровідникових шарів і концентрації їх легування. Однак моделі сонячних батарей мають нелінійну форму з численними параметрами. Для отримання точних значень параметрів, необхідно зробити припущення, які відрізняються від реальних робочих умов, щоб уникнути складності обчислень. У даній роботі ми запропонували новий аналітичний підхід до аналізу експериментальної щільності струму-напруги моделей сонячних елементів і чисельного вилучення внутрішніх параметрів сонячних елементів (тобто коефіцієнта ідеальності та послідовного опору) . Наш підхід дає хороші результати, він простий у використанні та має перевагу незалежності від кроку напруги на відміну від похідної та інтеграла. Також нами була застосована дана методика до цілої кривої густина струму-напруга сонячного елемента, і отримані хороші результати.

Studies are being actively conducted to improve the efficiency and performances of photovoltaic and thermo-photovoltaic systems and cells. To ameliorate designs and performances of these systems, where semiconducting junctions are generally used, it is very necessary to understand the electrical properties of these devices and conduction processes occurring across the interface of the structure. It is well known that operation and performances of photovoltaic components are strongly related to what is called dark current. Knowing the origin of this current allows improving the structure's configuration of a device, for example by adjusting the semiconducting layers thicknesses and their doping concentrations. However, solar cell models have a non-linear form with numerous parameters. To obtain accurate parameter values, assumptions that differ from real operating conditions must be made to avoid computational complexity. In this work, we proposed a new analytical approach to analyze the experimental current density-voltage of the solar cell models, and to the numerically extraction of the intrinsic solar cells parameters (i.e., the ideality coefficient and the series resistance). Our approach gives very good results. Moreover it is very simple to use and presents the advantage of being independent of the voltage step in contrary to the derivative and to the integral. We have then applied our technique to a whole solar cell current density-voltage curve and the results are very good.