طراحی و شبیه سازی سلول خورشیدی اتصال شاتکی گرافن/سیلیکن شانه ای بر پایه فلزکاری نامتقارن به منظور افزایش بازدهی

با استفاده از گرافن در ساختار شاتکی سلول خورشیدی گرافن/سیلیکن،‏ نه تنها می‌توان از خواص منحصر بفرد این ماده به عنوان الکترود استفاده کرد بلکه امکان بهره‌مندی از آن به عنوان ماده جاذب نیز فراهم می‌شود. در این مقاله،‏ دو ساختار جدید از سلول خورشیدی بر پایه پیوند گرافن/سیلیکن پیشنهاد شده است که در آن‌ها امکان جمع‌آوری حامل‌های نوری تولید شده در گرافن،‏ علاوه بر سیلیکن،‏ وجود دارد و این موضوع موجب افزایش بازدهی سلول خورشیدی می‌شود. در پیوند شاتکی گرافن/سیلیکن،‏ میدان الکتریکی ذاتی ایجاد شده در اثر سد شاتکی مابین گرافن و سیلیکن،‏ موجب جداشدن زوج‌های الکترون-حفره تولید شده در سیلیکن شده و جریان نوری در مدار خارجی را موجب می‌شود. در ساختارهای پیشنهادی با ایجاد میدان الکتریکی دیگری در سطح گرافن،‏ امکان تفکیک زوج‌های الکترون-حفره تولید شده در گرافن نیز فراهم می‌شود. این میدان الکتریکی با بهره‌گیری از اثر فلزکاری سطح گرافن بر روی باند دیاگرام آن ایجاد می‌شود. فلزکاری معمول برای اینگونه قطعات دارای ساختاری پنجره‌ای شکل می‌باشد. در چنین ساختاری از گرافن تنها به عنوان الکترود نیمه‌شفاف بهره گرفته می‌شود. دو ساختار پیشنهادی،‏ ساختار فلزکاری نامتقارن و شانه‌ای می‌باشند. نتایج شبیه-سازی‌های انجام شده با نرم‌افزار tcad silvaco حاکی از آن است که در سلول خورشیدی اتصال شاتکی گرافن/سیلیکن با ساختار معمول (پنجره‌ای) بازدهی تبدیل توان قطعه 2.7% است در صورتیکه از طریق فلزکاری نامتقارن با استفاده از فلزات با تابع کار متفاوت،‏ بازدهی تبدیل توان قطعه به 3.5% خواهد رسید و با استفاده از فلزکاری سطح بصورت شانه‌ای،‏ این مقدار به 4.3% افزایش می‌یابد.