4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.6.1. Phân tích các tham số cơ sở
2.6.1.1. Điều kiện môi trường
Yếu tố đầu tiên để chƣơng trình có thể bắt đầu là điều kiện môi trƣờng hoạt động của thiết bị. Một số hành tinh có nguồn năng lƣợng khổng lồ dƣới dạng tia X hoặc sóng radio, tuy nhiên mặt trời có thể tạo ra phần lớn các nguồn năng lƣợng nhƣ là ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, ánh sáng nhìn thấy chỉ thể hiện ở một đoạn của dải quang phổ phóng xạ. Đặc biệt, tia cực tím và tia hồng ngoại cũng là một phần quan trọng của dải quang phổ mặt trời.
global (toàn cầu) và bao gồm cả phóng xạ trực tiếp và phóng xạ khuếch tán) và AM1.5D (chỉ gồm phóng xạ trực tiếp). Con số “1.5” là chiều dài ánh sáng truyền trong khí quyển thấp hơn 1.5 lần chiều dài ánh sáng khi mặt trời trên đỉnh đầu. Dải quang phổ AM1.5G tiêu chuẩn đƣợc coi là 1000W/m2
.
Trong chƣơng trình mô phỏng này chúng tôi sử dụng phổ chiếu sáng rời rạc AM1.5. Phổ chiếu sáng với bƣớc sóng xét trong khoảng 0,38μm đến 1,24μm với bƣớc nhảy khoảng 0,02μm. Do đặc điểm của pin mặt trời với lớp hấp thụ Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 hiệu năng chỉ đạt giá trị tốt nhất trong khoảng bƣớc sóng đó. Do đó, phổ chiếu sáng với bƣớc sóng trong khoảng 0,38 μm đến 1,24 μm là phù hợp nhất cho pin trên. Hình 2.6 mô tả ánh sáng mặt trời tới trái đất và một số phổ chuẩn [12].
Hình 2.6. a) Ánh sáng mặt trời tới trái đất và b) Một số phổ chuẩn
Phổ chiếu sáng rời rạc chuẩn IAM1.5G đƣợc xác định bởi phƣơng trình:
∫ (2.19) Trong đó: với đơn vị là [số photon]/[diện tích] [thời gian]. Trong phạm vi của luận văn này chúng tôi không khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu năng làm việc của một pin, nhiệt độ chúng tôi sử dụng ở đây là đại lƣợng không đổi 3000K.
2.6.1.2. Cấu trúc mô hình
Chƣơng trình mô phỏng SCAPS có thể mở ra hai mô hình phân tích: Mật độ trạng thái và thời gian sống của hạt tải.
Mật độ trạng thái (DOS)
Mô hình mật độ trạng thái dùng với vật liệu có tồn tại trạng thái sai hỏng nhƣ vật liệu silicon vô định hình và các sai hỏng tại mặt biên giữa các hạt của vật liệu đa tinh thể. Mặt khác mật độ trạng thái cho phép xác định sự phân bố năng lƣợng, thiết diện bắt giữ điện tử và lỗ trống. Dựa trên những thông tin này có thể tính toán đƣợc các đại lƣợng quan trọng trong phƣơng trình Poisson.
Thời gian sống của hạt tải
Chƣơng trình mô phỏng một chiều SCAPS-1D khảo sát thời gian sống của điện tử và lỗ trống. Trong trạng thái cân bằng nhiệt động, khi chiếu sáng, thời gian sống của điện tử tự do và lỗ trống tự do đƣợc xác định là:
Đối với bán dẫn loại p:
(2.20) Đối với bán dẫn loại n:
(2.21) Trong các trạng thái sai hỏng, các trạng thái bắt giữ của lỗ trống và điện tử thì thời gian sống của điện tử và lỗ trống đặc trƣng bằng:
0 0 0 0 n p p t n t n.p - n .p R = R = R = τ (n + n ) + τ (p + p ) (2.22) Xét trƣờng hợp mô hình kết hợp vùng - vùng thì thời gian sống đƣa ra bởi:
n p 0 0
R = R = R = k(n.p - n .p )