Long-Term Performance of Amorphous Silicon Solar Cells with Stretched Exponential Defect Kinetics and AMPS-1D Simulation

We study for long-term performance of amorphous silicon solar cells under light exposure. The performance is predicted with a kinetic model in which the carrier lifetimes are determined by the defect density. In particular, the kinetic model is described by the stretched-exponential relaxation of defects to reach equilibrium. In this report, we simulate the light-induced degradation of the amorphous silicon solar cells with the kinetic model and AMPS-1D computer program. And data measured for outdoor performances of various solar cells are compared with the simulated results. This study focuses on examining the light-induced degradation for the following amorphous silicon pin solar cells: thickness${\approx}$300 nm, built-in potential${\approx}$1.05 V, defect density (at t=0)${\approx}5{\times}10^{15}cm^{-3}$, short-circuit current density (at t=0)${\approx}15.8mA/cm^2$, fill factor (at t=0)${\approx}0.691$, open-circuit voltage (at t=0)${\approx}0.865V$, conversion efficiency (at t=0)${\approx}9.50%$.

비정질실리콘 태양전지에 대한 장시간 성능예측: 확장지수함수 모형 및 컴퓨터 모의실험

태양광에 노출되어있는 동안 비정질실리콘 태양전지에서 일어나는 장시간 성능변화에 대해서 연구하였다. 그리고 결함밀도의 운동학 모형을 통해서 태양광으로 인한 태양전지 성능변화를 예측하였다. 특히, 전하운반자 수명이 결함밀도에 의해서 크게 영향을 받기 때문에 비정질실리콘 태양전지의 광유도 성능감소(light-induced degradation)가 확장지수함수 완화법칙(stretched-exponential relaxation)을 따르는 결함밀도에 의해서 물리적으로 설명된다. 그리고 확장지수함수 완화법칙과AMPS-1D 컴퓨터 프로그램의 모의실험에 의해서 비정질실리콘 태양전지의 광유도 성능감소를 계산했고, 모의실험의 결과를 옥외에 설치한 태양전지의 측정데이터에 비교하였다. 본 연구는 상온에서 다음과 같은 특성을 갖는 전형적인 비정질실리콘pin 태양전지에 대해서 모의실험을 진행했다: 두께${\approx}$300 nm, 내부전위${\approx}$1.05 V, 초기 결함밀도${\approx}5{\times}10^{15}cm^{-3}$, 초기 단락전류${\approx}15.8mA/cm^2$, 초기 채우기비율${\approx}0.691$, 초기 개방전압${\approx}0.865V$, 초기 변환효율${\approx}9.50%$.