Electrical equivalent circuit modelling of dye sensitized solar cells

Abstract

Başlangıçta güneş pil teknolojileri tamamen malzeme bilimine bağımlı olarak yürütülmüşse de, günümüz teknolojisinde cihazın davranışını anlamak endüstriyel fizibilitesini arttırmak açsından daha büyük önem kazanmıştır. Cihaz davranışlarını basite indirgemek ve anlamak için çeşitli modelleri kullanılır. Cihazın farklı koşullardaki elektriksel davranışlarının, yani akım gerilim cevabının modellenmesi, cihazın modüllere ve çeşitli devrelere entegrasyonunda cihazı tanımlamak adına ve uyuşmazlıkları önlemek adına önemlidir. Literatürde pek çok elektriksel eşdeğer devre modelleme çeşidi kullanılmıştır. Bunlar çoğunluğu Schottky diyotlara, paralel ve seri dirençlere ve bunlara ek olarak da devrenin akımında ışığa duyarlı olarak oluşan değişimi modelleyen fotoakım kaynağına sahiptir. Doğrusal olmayan diyot denkleminin transandantal yapısı nedeniyle modellerin çözüm metotlarına karar vermek de başlı başına bir problem oluşturmaktadır. Güvenilir sonuçlar elde edebilmek için, literatürde analitik ve bilgi sayımsal pek çok metot önerilmiştir. Güneş hücresi hakkında bilgi edine bilmek için eşdeğer devre modelinin çözümünde elde edilen parametrelerin tutarlı olması çok önemlidir. Parametrelerin doğruluğu ise tamamen seçilen model ve çözüm metodunun doğru olmasına bağlıdır. Bundan dolayı önerilecek modellerin ve metotların çeşitli güneş hücrelerinden farklı durumlar altında elde edilmiş pek ok sayıda akım-gerilim verileri ile test edilmiş olması model ve metodun doğruluğuna karar verebilmek açısından önemlidir. Bu çalışmamızda, ön bilgi olarak boya duyarlı güneş pillerinin fiziksel altyapısından kısaca bahsedilmiş ve çalışma prensibi anlatılmıştır. Sonrasında, yapılan modelleme için literatürde kullanılan en temel model, bir diyotlu eşdeğer devre modeli seçilmiştir. Seçilen model 1'den 6'ya kadar numaraladığımız farklı boya duyarlı güneş pili verilerine uygulanılarak, farklı aydınlatmalar için tutarlılığını sürdürecek şekilde geliştirilmiştir.

Although, development of solar cell technology highly depends on material research at the very primary stage of this science, to improve industrial feasibility of solar cell devices, understanding behaviors of devices is vital. Models help to simplify device behaviors for specific aims. Modeling electrical behaviors by modeling current-voltage characteristic of device under different conditions is crucial to understand cell itself, to integrate it into arrays and circuits, and to avoid from mismatches. There are variety types of electrical equivalent circuit models proposed in literature. Most of them have Schottky diodes, shunted and serial resistances, as well as a current source representing illumination dependant photocurrent. Due to the transcendental structure of nonlinear diode equation, decision on solution method is an issue. To get amenable values there are many analytical and computational methods are proposed in literature. In order to have an idea about cell, the accuracy of parameters that are extracted from the solution of circuit model is important. The accuracy of parameters are excessively depends on the model and its solution method.Thus, methods and models should be tested with a lot of I-V data got from different types of cells, under different conditions. In this study, physical background of dye synthesized solar cells is explained and the simplest model (single diode model) in literature is used to develop a model under consideration of different illuminations and applied to the different DSSCs' numerated from 1 to 6.