güneş hücresi tasarımı ilkeleri

Güneş hücresi tasarımı, muayyen kısıtlamalar kümesini göz önüne alarak verimliliği maksimuma çıkartmak için güneş hücresinin parametrelerinin belirlenmesini içerir.
Bu kısıtlamalar, güneş hücrelerinin üretildiği iş çevresi ile belirlenir. Örneğin, hedefin rekabetçi fiyatlı güneş hücrelerinin üretilmesi olduğu ticari ortamda, tek güneş hücresinin üretilmesinin maliyeti dikkate alınmalıdır. Oysa, hedefin yüksek verimlilikli laboratuvar-tipi güneş hücresinin olduğu Ar-Ge ortamında, verimliliği maksimuma çıkartmak maliyetden daha önemlidir.

Silikon güneş hücrelerinin verimliliğinin gelişimi
Fotovoltaik dönüştürmenin teorik verimliliği 86.6% civarındadır. Oysa, 86.6% rakamı ayrıntılı denge hesaplamaları kullanır ve cihazın uygulanmasını tanımlamır. Silikon güneş hücreleri için bir güneş işlemi altında daha gerçek verimlilik 29% yakındır. Silikon güneş hücreleri için ölçülmüş maksimal verimlilik şu anda AM1.5G altında 24.7%. Yüksek teorik verimlilikler ile yerüstü güneş hücreleri için ölçülmüş verimlilikler arasındaki farkın mevcut olmasının esas sebebi iki etkendir. Birincisi, teorik maksimum verimlilik tahminleri, her bir fotonun enerjisinin optimal olarak kullanılmasını, hiçbir emilmemiş fotonun olmamasını ve her bir fotonun, bant aralığının fotonun enerjisine eşit olduğu materyalde emilmesini farzedir. Bu, her biri yalnız onun bant aralığına uygun olan fotonları emen muhtelif bant aralıklı materyallerden yapılmış güneş hücrelerinin sonsuz yığınının modellenmesi ile kuramda elde edilip.
ikinci etken, yüksek verimlilikli tahminlerin, yüksek konsantrasyon oranının farzetmesidir. Sıcaklık ve direnç etkilerinin yoğunlaştırıcı güneş hücrelerinde üstün olmayacağını farzetmekle, ışık şiddetinin artması kısa devreli gerilimi orantılı olarak arttırır. Açık devreli geriliminin kısa devreli gerilimine da bağımlı olmasından dolayı açık devreli akım ışık yüzeyi ile logaritma ile artır. Bundan fazla, maksimum doluluk oranının açık devreli gerilimi ile artır, maksimum mümkün olan doluluk oranı da konsantrasyonu ile artır. Ekstra açık devreli gerilim ve doluluk oranı, yoğunlaştırıcılara yüksek verimliliği elde etmeğe imkan veren konsantrasyon ile artır. Böyle tek bağlantılı güneş hücrelerinin tasarımında, verimliliğinin maksimuma çıkartılmasının ilkeleri şu:
>güneş hücresi tarafından toplanıp taşıyıcılara dönüştürülen ışığın miktarının arttırılması;
>ışık kaynaklı taşıyıcıların p-n bağlantısı tarafından toplanmasının arttırılması;
>ileri öngerilim karanlık akımının (ingilizce “Forward bias dark current”) minimuma düşürülmesi;
>direnç kayıpları olmadan akımın güneş hücresinden ihraç edilmesi.