Impact of the saturation current IS and ideality factor N on the performance of the characteristic (I-V) of a solar cell

• Autorzy: Khalis M. , Masrour R. , Mir Y. , Zazoui M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ prądu nasycenia IS i współczynnika doskonałości złącza n na charakterystykę (I-V) ogniwa słonecznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The performance of a solar cell mainly is due to the quality of the starting material. During the production of the solar cell, several defects in different regions of the material appear. These defects degrade the efficiency of the solar cell. Thorough knowledge of the physical properties of defects requires highly sophisticated electrical current-voltage (I-V) characterization techniques that provide information on the physical origin of the defects. The characteristic (I-V) of the cell is governed by several parameters, such as the saturation current Is and the ideality factor n which are the indicators of the quality of the solar cell. These parameters significantly reflect the existence of defects in the material. On the other hand, the use of such a characteristic to go back to the nature of the defects is not widespread because it lacks a data base between the main defects and the modification of the characteristic (I-V). To extract the different parameters, we developed a method based on artificial neurons in Matlab code, then we applied this method to the following cells: GaAs, Si-mono and polycrystalline and CIGS thin-film cells by applying the model with two diodes. The results obtained demonstrate that the behavior of the ideality factor and the saturation current vary from one cell to another. This variance is important for polycrystalline Si and CIGS cells. Thus, this model is the most suitable for the diagnosis of the characteristics (IV) for Si and GaAs, but remains incoherent (Mismatches) to describe the characteristic of the CIGS cell because of the non-uniform presence of shunt defects which allowed us to add another component of the leakage current. Finally, this method correlates with the experimental characteristic (I-V).

PL

Zachowanie się ogniw słonecznych zależy w dużej mierze od jakości materiału. W procesie wytwarzania baterii może pojawić się szereg wad w różnych jej częściach. Te wady obniżają wydajność ogniwa. Dokładna analiza właściwości fizycznych wad wymaga dokładnego określenia charakterystyki prądowonapięciowej (I-V), która dostarczyłaby informacji o przyczynie tych wad. Charakterystyka prądowo-napięciowa (I-V) baterii zależy od szeregu parametrów takich jak prąd nasycenia Is, i współczynnik doskonałości złącza n, które są wskaźnikami jakości baterii. Te parametry dobrze odzwierciedlają istnienie wad w materiale. Z drugiej strony, ze względu na brak danych dotyczących korelacji między głównymi wadami i zmianami charakterystyk (IV), wykorzystanie tych charakterystyk do określenia natury powstałych wad nie jest rozpowszechnione. Aby rozróżnić wpływ różnych parametrów opracowano metodę wykorzystującą sztuczną sieć neuronową i oprograowanie MatLab. Tę metodę zastosowano do następujących ogniw słonechnych: GaAs, Si-mono and polikrystaliczny oraz cienkie warstwy CIGS popraz zaqstosowanie modelu z dwoma diodami. Uzyskane wyniki wykazały, że zachowanie się współczynnika doskonałości złącza i prądu nasycenia zmienia się dla różnych ogniw. Te różnice są ważne zarówno dla ogniw Si jak i CIGS. Stąd opracowany model jest najbardziej przydatny do diagnozowania charakterystyk (I-V) dla ogniw Si i GaAs, ale jest niespójny przy opisie ogniw CIGS, ponieważ występują w nich w sposób nierównomierny wady powodujące zwarcie elektrod. To pozwoliło Autorom dodać prąd upływu, jako dodatkowy parameter modelu. W artykule potwierdzono zgodność opracowanej metody z doświadczalnymi charakterystykami (I-V).

Słowa kluczowe

EN

dark; illumination current–voltage; Si; GaAs; CIGS; current saturation; ideality factor; defect; neural network method

PL

Si; GaAs; CIGS; aktualne nasycenie; współczynnik idealności; wada; metoda sieci neuronowej

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 19, No. 4
• Strony: 163--169
• Opis fizyczny: Bibliogr.22 poz., rys.

Twórcy

autor

Khalis M.

• Laboratory of Condensed Matter, Faculty of Sciences and Techniques, University of Hassan II Mohammedia, Casablanca, Avenue Hassan II, BP 146, 28800 Mohammedia, Morocco
• Laboratory of Materials, Processes, Environment and Quality, Cady Ayyed University, National School of Applied Sciences, B.P. 63 46000, Safi, Morocco
• Laboratory of Solid State Physics, Faculty of Science, Sidi Mohammed Ben Abdellah University, Dhar Mahraz, BP 1796, Fez, Morocco

autor

Masrour R.

• Laboratory of Materials, Processes, Environment and Quality, Cady Ayyed University, National School of Applied Sciences, B.P. 63 46000, Safi, Morocco
• Laboratory of Solid State Physics, Faculty of Science, Sidi Mohammed Ben Abdellah University, Dhar Mahraz, BP 1796, Fez, Morocco

autor

Mir Y.

• Laboratory of Condensed Matter, Faculty of Sciences and Techniques, University of Hassan II Mohammedia, Casablanca, Avenue Hassan II, BP 146, 28800 Mohammedia, Morocco

autor

Zazoui M.

• Laboratory of Condensed Matter, Faculty of Sciences and Techniques, University of Hassan II Mohammedia, Casablanca, Avenue Hassan II, BP 146, 28800 Mohammedia, Morocco

Bibliografia

• Ansari, Z.-A., Singh, T.J., Islam, S.M., Singh, S., Mahala, P., Khan, A., Singh, K.J., 2019, Photovoltaic solar cells based on graphene/gallium arsenideSchottky junction, Optik – In-ternational Journal for Light and Electron Optics, 182, 500-506.
• Araujo, G-L., Sanchez, E., 1982, Analytical expression for the determination of the maximum power point and the fill factor of a solar cell, Analytical expressions for the determination of the maximum power point and the fill factor of a solar cell, Solar Cells, 5, 377-386.
• Bana, S., Saini, R.P., 2016, A mathematical modeling framework to evaluate the performance of single diode and double diode based SPV systems, Energy Reports, 2, 171-187.
• Bouzidi, K., Chegaar, M., Aillerie, M., 2012, Solar cells parameters evaluation from dark I-V characteristics, Energy Procedia, 18, 1601-1610.
• Cape, J-A., Zehr, S-W., 1980, Effect of temperature variation in concentrator cell series resistance measurement, Proc. 14th Photovoltaic Specialists Conf., IEEE, New York, San Diego, 449-452.
• Charles, J-P., Mekkaoui-Alaoui, I., Bordure, G., Mialhe, P., 1984, Etude comparative des modèles à une et deux exponentielles en vue d’une simulation précise des photopiles, Revue de Physique Appliquée, 19, 851-857.
• Galiana, B., Algora, C., Rey-Stolle, I., 2008, Explanation for the dark I–V curve of III–V concentrator solar cells, Progress in Photovoltaics, 16, 331-338.
• Hussein, R., Borchert, D., Grabosch, G., Fahrner, W.R., 2001, Dark I-V-T measurements and characteristics of (n) a-Si/(p) c- Si heterojunction solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells, 69, 123-129.
• Ishaque, K., Salam, Z., Taheri, H., Simple, 2011, Fast and accurate two-diode model for photovoltaic modules, Solar Energy Materials and Solar Cells, 95, 586-594.
• Kaushika, N.D., Gautam, N.K., 2003, Energy yield simulations of interconnected solar PV arrays, IEEE Transactions on Energy Conversion, 18, 127-134.
• Khalis, M., Masrour, R., Khrypunov, G., Kirichenko, M., Kudiy, D., Zazoui, M., 2016, Effects of Temperature and concentration mono and polycrystalline silicon solar cells: extraction parameters, Journal of Physics Conference Series, 758, 1-10.
• Khalis, M., Masrour, R., Mir, Y., Zazoui, M., 2015, Two methods for extracting the parameters of a nonideal diode, International Journal of Physical Sciences, 10, 270-275.
• Khalis, M., Mir, Y., Hemine, J., Zazoui, M., 2011, Extraction of equivalent circuit parameters of solar cell: influence of temperature, The European Physical Journal Applied Physics, 54, 1-6.
• Li, C.-H., Zhu, X.-J., Cao, G.-Y., Sui, S., Hu, M.-R., 2009, Dynamic modeling and sizing optimization of stand-alone photovoltaic power systems using hybrid energy storage technology, Renewable Energy, 34, 815-826.
• Lorenzo, E., 1994, Solar electricity: engineering of photovoltaic systems, ed., Davies, P., Sevilla, Progensa. Macabebe, E.Q.B., van Dyk, E.E., 2008, Parameter extraction from dark current–voltage characteristics of solar cells, Research Letters, South African Journal of Science, 104, 401-404.
• Meyer, E-L., 2017, Extraction of saturation current and ideality factor from measuring Voc and Isc of photovoltaic modules, International Journal of Photoenergy, doi.org/10.1155/2017/8479487.
• Rau, U., Schock, H.W., 1999, Electronic properties of Cu (In, Ga)Se2 heterojunction solar cells–recent achievements, current understanding, and future challenges, Applied Physics A: Materials Science & Processing, 69, 131-147.
• Salinger, J., 2006, Measurement of solar cell parameters with dark forward I-V characteristics, Acta Polytechnica, 46,25-27.
• Soto, W-D., Klein S-A., Beckman, W-A., 2006, Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance, Solar Energy, 80, 78-88.
• Torabi, N., Behjat, A., Zhou, Y., Docampo, P., Stoddard, R,J., Hugh, W,H., Tayebeh, A., 2019, Progress and challenges in perovskite photovoltaics from single- to multi-junction cells, Materials Today Energy, 12, 70-94.
• William, N-S., Siebentritt, S., Stolt, L., 2011, in: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 546-599.
• Williams, B.,L., Smit, S., Kniknie, S.B.J., Bakker, K.J., Keuning, W., Kessels, W.M.M., Schropp R.E.I., Creatore, M., 2015, Identifying parasitic current pathways in CIGS solar cells by modelling dark J–V response, Progress in Photovoltaics, 23, 1516-1525.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).