Mô phỏng chất bán dẫn và pin mặt trời có thể tiến hành trên các cấp độ khác nhau hình 4.1. Mô hình với độ chi tiết về quá trình vật lý là mô hình cơ học lượng tử, mô phỏng Monte Carlo. Khi mô phỏng dựa trên các mô mình này thì yêu cầu người thực hiện phải có một kiến thức rất sâu về quá trình vật lý cũng như cơ học lượng tử, xác suất thống kê và kỹ thuật lập trình …. Điển hình cho công việc mô phỏng này là mô hình của Bässler sử dụng kỹ thuật mô phỏng Monte Carlo một tiếp cận mô hình vi mô. Bässler đã mô phỏng quá trình truyền hạt tải trong các vật liệu bất trật tự [7]. Một cách tiếp cận khác đơn giản hơn với quá trình vật lý mang tính trừu tượng cao không yêu cầu cao về độ chi tiết của quá trình vật lý. Đặc trưng của mô hình ở cấp độ này là các tham số hiệu dụng có thể đo đạc được.
4.2. Phƣơng pháp dựa trên mô hình diode mạch cân bằng
Cách tiếp cận thông thường để đánh giá hiệu suất của một pin mặt trời dựa trên khả năng phân tích và mô tả đặc trưng trong một điều kiện nhiệt độ và bức xạ mặt trời nhất định. Mô hình giải tích sử dụng để nghiên cứu và đánh giá hành vi của pin mặt trời thông qua một mô hình mạch tương đương gồm các thành phần không
tuyến tính. Các tham số được sử dụng trong mô hình là liên quan trực tiếp đến hiệu suất của pin mặt trời. Để hiểu rõ về sự bắt nguồn của mô hình mạch cân bằng này, ta phải chú ý rằng pin mặt trời cấu tạo bằng hai lớp vật liệu bán dẫn có tính chất khác nhau. Vật liệu bán dẫn thường sử dụng là silic với sự pha tạp khác nhau nằm giữa hai điện cực tạo thành pin mặt trời. Điện cực ở trên phải có khả năng cho bức xạ mặt trời truyền qua.
Trong trường hợp không chiếu sáng, tế bào pin mặt trời có nguyên lý giống một chuyển tiếp bán dẫn là một diode đơn giản và đường đặc trưng được mô tả bởi phương trình Shockley:
( ) (4.1)
Trong đó là dòng tối, là mật độ dòng bão hòa ngược (dòng dò), là điện thế của pin, điện tích hạt tải cơ bản (1.602 x 10-19 C), hằng số Boltzmann (1.381 x 10-
23
J/K), nhiệt độ tuyệt đối và hệ số diode phụ thuộc vào loại bán dẫn có giá trị từ 1 đến 2.