Microsoft Word - 428-436 الفيزياء | 428 2016) عام 1(العدد 29المجلد مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 اخاديد ذات شكل نصف كروي على ستعمالتحسين اداء الخلية الشمسية بأ )ZEMAXبرنامج ( أستعمالسطحها ب عالء بدر حسن مريم ازهر علي )ابن الهيثم (قسم الفيزياء / جامعة بغداد / كلية التربية للعلوم الصرفة 2016 /كانون الثاني /7قبل في : ، 2015/تشرين الثاني/3استلم في : الخالصة استعمل في هذا البحث خلية شمسية من مادة السيليكون تحتوي اخاديد على سطحها لتحسين الكفاءة عن طريق تقليل انعكاس االشعة وزيادة طول المسار البصري لالشعة المارة خالل الخلية. تم تصميم نموذج خلية شمسية عن طريق برنامج لشعاع ولتقييم النموذج بأستعمال كاشف اسفل الخلية. النموذج الذي يمتلك زيماكس للتصاميم البصرية عن طريق تقنية تتبع ا .)05ͦ ( . واحسن زاوية قبول )0ͦ ( الزاوية له اعلى كفاءة بصرية عند )A.R = 0.2(نسبة مظهر )ZEMAXبرنامج (خلية شمسية ، نسبة مظهر ، اخاديد كروية ، : كلمات مفتاحيةال الفيزياء | 429 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 المقدمة في تصميم الخاليا الشمسية .ان كفاءة الخلية الشمسية ( هي مقدار ما عملسيليكون افضل العناصر التي تستال ديع الخلية الشمسية إثناء (parameters) يتحول من طاقة شمسية إلى كهربائية ) وهذا يتم بتغيير و محاولة تحسين معلمات القصيرة. ولتحسينيها معنى المعلمات هي مقدار كل من القدرة العظمى وفولطية الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة تصنيعها نتيجةنظمة ذات الفجوة المفردة وبالاألنظمة المتعددة الفجوات لكونها أكثر تناسباً مع الطيف الشمسي من األ عمالايضآ است المركزات الشمسية فالمركزات هي أجزاء بصرية تزيد من كمية اإلشعاع عمالت. ولتحسينيها ايضآ اس[1]تكون الكفاءة أعلى وتعد المرايا وعدسات فرينل أهم ما يستخدم لهذا الغرض إذ ، [2]ما كالخلية شمسية أو ماٍص حراري الساقط على سطح رض أو كالهما معاً. وكذلك تستخدم العدسات لزيادة التركيز وليس للحصول على صورة معينة أو تستخدم المرايا لهذا الغ ثة الشكل اومستطيلة تستخدم االخاديد على السطح العلوي او السفلي للخلية الشمسية وتكون هذه االخاديد اما هرمية مثل او كروية لتقليل نسبة انعكاس االشعة وزيادة طول المسار البصري ومن ثم زيادة امتصاص الفوتونات داخل اوقطع مكافيء نية اضافة اخاديد لسطح الخلية من المواضيع الحديثة المهمة كونها اسهمت في تطوير كفاءة الخاليا بصورة الخلية. تعد تق .[3]واضحة وكذلك سهولة تصنيعها عن طريق عمليات القولبة وهي التؤثر في حجم التصميم كونها متداخلة مع الخلية حققت اذقامت بأضافة طيات للسطح اذاحادية التبلور مسية سليكونية خلية ش (2006)في M. S. Muradفقد صممت .[4] 5.5%الى 4.1زيادة في كفاءة الخلية بعد اضافة الطيات للسطح من % بتطوير نموذج مركزات (2010)في Jason H. Karp, Eric J. Tremblay and Joseph E. Fordكذلك قام .[5] وية)مست –مصفوفة عدسات (محدبة عمالة عن طريق استة الخلية الشمسيشمسية مع دليل موجة لتحسين كفاء زيادة الكفاءة للخاليا الشمسية بتقليل االنعكاس الضوئي من سطح الخلية الضوئية وكان (2000)في S.A.Hammilقام العلوي المعدنية طب وزيادة امتصاص الضوء في الخلية ، وتقليل الخسائر الضائعة في شبكة الق 81%تقليل النعكاسية بنسبة .[6] ظمةتصاميم جديدة للشبكة مثل الهرمية منتظمة وغير منت عمالنتيجة است قام بتطوير سطح الخاليا الشمسية السيليكونية ذات خصائص الخاليا الشمسية و) 2007في سنة ( c.w.ruggieroدرس مرة اخرى متوازية لالخاديد بصورة مائلة وشكل شبه دائري او قطع مكافيء مع عامل المظهر للسطح وتتبع مسار الضوء .zemax [7] برنامج عمآلمست ) بتحسين كفاءة الخاليا الشمسية ودراسة نماذج من االخاديد للخاليا الشمسية مع اكثر من 2008في ( M. Geethaقام .zemax [8] برنامج عمآلالكفاءة مستقيمة لعامل المظهر لتحسين أداء تقييم معلمات في تأثيره و دراسة المرايا نوع ثنائي جديد حوضي مركز وبناء تصميم (2008)في A.Hadiعمل من ازدادت قد الخلية هذه أداء كفاءة إن لوحظ,ووجوده تبريد نظام وجود عدم حالة في كافة السيليكونية الشمسية الخلية دراسة تمت كما %16.40 إلى %13.3من األداء كفاءة ازدادت فقد التبريد مع أما تبريد بدون %15.46إلى 11.94% أداء افضل على الحصول تم اذ الشمسية الخلية أداء على المركز هذا مع فرينيل عدسات من مختلفة أنواع بين الجمع تأثير .[9]بريدت نظام بوجود %26.6 مقداره أداء وعلى أفضل تبريد بدون %24 وقدره للخلية التصميم ذات متعدد التبلور عبارة عن شريحة من مادة السيليكون (ZEMAX)برنامج عمالالخلية الشمسية بأستان تصميم وذج صمم النم ،التي تكون ذات شكل نصف كروي مقعريوجد على سطح الخلية االخاديد اذ cm (x 10 x 0.5 10)ابعاد كاشف عمالم عن طريق استيع لتقييم كفاءة التصمنظام تتبع الشعا عمالللتصاميم البصرية واستفي برنامج زيماكس نظريآ صل نسبة االشعة الواصلة الى اسفل الخلية اذ يوضع ت اذ) 0.2اسفل الخلية. وقد وجد ان افضل نسبة مظهر كانت هي ( ) شعاع قيد الفحص 100اسقاط شعاع على الكاشف نسبة الى العدد االصلي الواصل الى الخلية وهو () 350الى (الكاشف يتحسس االطوال يوجد اسفل الخلية كاشف وهذا الكاشف الذي ). 06ͦ ( وافضل زاوية قبول عند الزاوية 0ͦ الزاوية عند التي تمثل الى الخلية لكشف عدد االشعة التي تصلالذي يتوافق مع نفاذية السيليكون، IRالموجية من الضوء المرئي الى نسبة كفاءة الخلية هذا الكاشف ذو ابعاد تعادل ابعاد الخلية من الطول والعرض. تعتمد كفاءة الخلية الشمسية في هذا البحث وهي (Aspect Ratio (A.R))على شكل االخاديد ودرجة تقعرها وهذا يتم عن طريق حساب نسبة المظهر لالخاديد االخدود ويمثل المعادلة افة بين حافتي االخدود الواحد وارتفاع هذه الحافة عن قعرعبارة عن قيمة معينة تعتمد على المس )1 (: (A.R = Z / W) … … … (1) (W = 2r) … … … (2) )3) … … … ())2)2 / R2 / (1 + (r 2Z = (1 / R ) * (r( r نصف قطر فتحة االدخال لكل اخدود = Z ارتفاع حافة االخدود عن القعر = W المسافة بين حافتي االخدود = R نصف قطر التكور للعدسة = الفيزياء | 430 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 ان نسبة المظهر تعطينا درجة تقعر االخاديد حيث الفائدة من هذه االخاديد هي زيادة االنعكاسات الداخلية وتقليل االنعكاسات ) يمثل 1الخلية . الشكل (الخارجية للضوء وزيادة طول المسار البصري وبذلك زيادة فرصة امتصاص الفوتونات داخل شكل االخاديد على سطح الخلية الشمسية : الذي يتوافق مع مدى امتصاص مادة السيليكون والضوء المرئي شعة تحت الحمراء االفي هذا البرنامج مصدر عملاست دية على شعاع تسقط على الشريحة بحالتين : مرة بصورة عمو 100المصنوعة منها الخلية وكان العدد االفتراضي كفاءة الخلية فيان تأثير ميالن الشعاع الشمسي ) لتبي 80ͦ - 10ͦ الشريحة ومرة بصورة مائلة توازي االخاديد بزوايا من ( عملالقبول الخاصة بالنموذج المست ومعرفة زاوية النتائج والحسابات زيادة تكور االخاديد وبالنتيجة زيادة نسبة من ثم) و0.12 – 1.1ة (نموذج لالخاديد بنسبة مظهر مختلف عمالتم است امتصاص االشعة وزيادة عددها عند الكاشف فيكون زيادة عدد االشعة الساقطة على الكاشف يمثل زيادة عدد االنعكاسات زيادة معدالت امتصاص الفوتونات داخا الخلية حسب العالقة : من ثمالداخلية الكلية لالشعة و )4... … … () /L = 2R( L عدد االشعة الساقطة على الكاشف = /R عدد االنعكاسات الداخلية الكلية على جانبي الخلية = الذي بدوره يمثل نسبة زيادة كفاءة الخلية.وعدد االشعة الساقطة على الكاشف ) يمثل العالقة بين عامل المظهر 2والشكل ( كفاءة) عند زيادة عامل المظهر الذي يمثل النسبة بين ارتفاع اذ نالحظ زيادة عدد االشعة الساقطة على الكاشف (زيادة ال حافة االخدود على عرض حافة االخدود. زاوية صفر وقيم تم حساب الكفاءة عند ال اذالخلية الشمسية لثالث اضعافها نستنتج من هذا التصميم حدوث زيادة في كفاءة ير عامل المظهر تغيبين قيم كفاءة الخلية مع )1(خاديد والجدول لال آلزوايا موازييكون اتجاه ميل هذه ا اذاخرى للزوايا الشريحة : لالخاديد في ) نالحظ تفاوت في قيمة االشعة 80ͦ - 10ͦ زاوية ميالن للشعاع الساقط غير عمودية اي ذات قيمة ( تعمالعند اسف محور الميالن موازي لالخاديد لتبيان تأثير زاوية السقوط بغض النظر عن ستعملعلى الكاشف (الكفاءة) وقد ا الساقطة تأثير االخاديد. ) يبين عدد االشعة 3نماذج لنسبة المظهر للمقارنة بينهما لقيم مختلفة من زاوية السقوط. فالشكل ( ةخمس عملتوقد است ).A.R=1.1بة مظهر (نس يمختلفة من زاوية السقوط لنموذج ذالساقطة على الخلية عند قيم Total Hit = T.H T.H اي عدد االشعة الواصلة الى الكاشف = تمثل كفاءة الخلية الشمسية عدد بينما تقل ) 10ͦ - 0ͦ ( ) عند زاوية200تصل الى ( لعدد االشعة الواصلة للكاشفوقد بينت النتائج ان اقصى قيمة ). ونالحظ زاوية القبول على البياني 80ͦ ى قيمة عند ( تدريجيآ الى ان تصل ادن االشعة الواصلة للكاشف ).100) اي عند الحصول على كفاءة (40ͦ هي ( عند ) 300تصل الى قيمة ( عدد االشعة الواصلة للكاشف) زيادة في 0.8) ذو نسبة المظهر (4( تصميمنجد في البينما .)05ͦ ( عند زاوية القبول )001(وتقل تدريجيآ الى ان تصل الى )0ͦ ( الزاوية عند الزاوية ) 250الى قيمة اعلى من ( عدد االشعة الواصلة للكاشف) تصل 0.5) الذي نسبة المظهر له (5اما في الشكل ( ).100) والتي تعادل (40ͦ ( اما زاوية القبول تكون عند الزاويه )0ͦ ( ) اما عند زوايا 300تصل الى ( د االشعة الواصلة للكاشفعدن تكو) 0.4) ذو نسبة المظهر (6بينما بين الشكل ( ) اما زاوية القبول نالحظها عند الزاوية 250اعلى من ( عدد االشعة الواصلة للكاشف) تكون قيمة 30ͦ -20ͦ -10ͦ ( السقوط ) ͦ50.( وافضل )350( الواصلة للكاشفعدد االشعة ) االفضل بالمقارنة مع بقية النماذج لكونه يعطي افضل قيمة ل6ويعد الشكل ( ).60ͦ ( زاوية قبول ) ولكن عند زيادة 300تبدأ بقيمة اقل من ( عدد االشعة الواصلة للكاشف) ان 0.2) ذو نسبة المظهر (7نجد في الشكل ( ممكن ان تصلها الى اعلى قيمة عدد االشعة الواصلة للكاشف) تصل 50ͦ -40ͦ -30ͦ ( ميالن الزاوية ووصولها الى الزاويا ).60ͦ ) اما زاوية القبول نالحظها عند الزاوية ( 350تكون قريبة من ( اذفي هذه النماذج الفيزياء | 431 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 المصادر 1. Ferlauto,C,;Ferreira,A.; Chen,G. and Koh,C. (2003), "Evolution of microstructure and phase in amorphous, protocrystalline, and microcrystalline silicon studied by real time spectroscopic ellipsometry", Solar Energy Materials and Solar Cells, 78(8), 1–4. 2. Pall, R. (2009)., " High Temperature Solar Concentrator ", EOLSS,13(1), 12-23 .  3. Bakshi,U. and Godse,A., (2011). "Basic Electronics Engineering and Technical Publications", ISBN, 21(3), 8–10.  4.  Sargon Murad.M ،(2006) ،''Effect of Surface Texturing on Silicon Solar Cell Absorption''.Iraq 5. Jason, H.; Karp, Eric, J.; Tremblay and Joseph, E. Ford )،2010( ، ''Radial Coupling Method for Orthogonal Concentration within''. Tamilnadu, India 6. Hammil,S.A )،2000 ،( ''Texturing And Top Grid Effects To Enhance The Local Solar Cells Efficiency''.iraq 7. Ruggiero,C.W )،2007 ،( '' Aray Tracing Investigation of Ligh Trapping due to Grooves in Solar Cells''.massachusetts institute of technology 8. Geetha,M.; Senthil kumar.P.; Govindan,R.; Ramu,P.; Arivuselvam,L.and Anbarasan,P. M. )،"2010 ،( Recent Research in Science and Technology "،ISSN: 2076-5061 ، 2(10) ، 05-08. مركب حوضي لمركز جديدة تصاميم باستخدام الشمسية الخاليا أداء )، تحسين2009(الحمداني، هادي علي .د .9 .5 -1، 3، 27جلة الهندسة والتكنولوجيا، م، فرينيل بعدسات المغطى المرايا ثنائي V نوع الفيزياء | 432 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 الشريحة ير عامل المظهر لالخاديد فيقيم كفاءة الخلية مع تغيبين :) 1الجدول ( A.R 1.1 0.8 0.5 0.4 0.3 0.302 0.2 0.15 0.12 T.H 203 233 268 288 295 325 277 266 119 على سطح الخلية الشمسيةشكل االخاديد ) 1(الشكل يمثل العالقة بين عامل المظهر وعدد االشعة الساقطة) 2(الشكل 0 50 100 150 200 250 300 350 1.1 0.8 0.5 0.4 0.3 0.302 0.2 0.15 0.12 T.H A.R W Z Detector الفيزياء | 433 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 )A.R=1.1يمثل عدد االشعة الساقطة على الكاشف عند تغير زاوية سقوط االشعة لنموذج ذو نسبة مظهر ( )3(الشكل )A.R=0.8الكاشف عند تغير زاوية سقوط االشعة لنموذج ذو نسبة مظهر (يمثل عدد االشعة الساقطة على ) 4 ( الشكل 0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 60 70 80 θ  T.H 0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 θ  T.H الفيزياء | 434 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 )A.R=0.5يمثل عدد االشعة الساقطة على الكاشف عند تغير زاوية سقوط االشعة لنموذج ذو نسبة مظهر ( )5 ( الشكل )A.R=0.4لنموذج ذو نسبة مظهر ( يمثل عدد االشعة الساقطة على الكاشف عند تغير زاوية سقوط االشعة )6 ( الشكل 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 θ  T.H 0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 θ  T.H الفيزياء | 435 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 )A.R=0.2يمثل عدد االشعة الساقطة على الكاشف عند تغير زاوية سقوط االشعة لنموذج ذو نسبة مظهر ( )7 ( الشكل 0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 θ  T.H الفيزياء | 436 2016) عام 1(العدد 29لمجلد ا مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol.29 (1) 2016 Improve Performance of Solar Cell by using Grooves which Have Semicircular Shape on The Surface by using Program (ZEMAX) Alaa B. Hasan Maryam A. Ali Dept. of Physics / College of Education for Pure Science(Ibn Al-Haitham) / University of Baghdad Received in :3/November/2015, Accepted in :7/January/2016 Abstract In this work silicon solar cell has been used with semicircular grooves to improve its efficiency by reducing reflection of rays and increasing optical path through the cell. Software program for optical design (zemax) has been used by ray tracing mode to evaluate prototype efficiency when using detector beneath the cell. The prototype has aspect ratio (A.R=0.2) which is the best efficiency at incident angle (ϴ=0ͦ) and the best acceptance angle (ϴ=50ͦ). Key words : solar cell , acpect ratio , semicircular grooves , program (ZEMAX).