عنوان

طراحی، شبیه‌سازی و مدل‌سازی مداری سلول‌های خورشیدی لایه نازک

IR

۴۲۸۵پ

فارسی

IR

طراحی، شبیه‌سازی و مدل‌سازی مداری سلول‌های خورشیدی لایه نازک

[پایان‌نامه]

Design, Simulation, and Circuit Modeling of Thin-Film Solar Cells

/نیلوفر انور حقیقی

: مهندسی برق

، ۱۳۹۹

۷۸ص.

:

زبان: فارسی

زبان چکیده: فارسی

چاپی - الکترونیکی

مصور، جدول، نمودار

کارشناسی ارشد

مهندسی برق- میکرو و نانوالکترونیک

۱۳۹۹/۱۰/۰۱

صنعتی سهند

موضوع این پایان‌نامه طراحی یک سلول خورشیدی لایه نازک و ارائه مدل مداری خط انتقال آن به منظور درک فیزیکی عمیق از عملکرد ساختار مورد نظر است .ساختار مورد نظر از سیلیکون به عنوان لایه جاذب و نقره به عنوان بازتاب‌کننده سطح پشتی تشکیل شده است .ضخامت لایه سیلیکون ۲۰۰ نانومتر و ضخامت لایه نقره بیشتر از عمق پوستی در نظر گرفته شده است .سلول‌های خورشیدی، ادواتی هستند که انرژی نور خورشیدی را بطور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند که نوع سیلیکونی آن‌ها، از نظر فناوری، توسعه یافته‌ترین بوده و بیشترین بازار فوتوولتائیک را به خود اختصاص داده است .اهداف اصلی در زمینه فناوری فوتوولتائیک، طراحی افزاره‌های ارزان قیمت، با رویکرد افزایش بازده تبدیل انرژی است .این در حالی است که هزینه بالای تولید، از مشکلات اساسی سلول‌های خورشیدی نسل اول است .بدین منظور، سلول‌های خورشیدی نسل دوم( لایه نازک)، به دلیل هزینه تولید پایین در سالیان اخیر مورد توجه قرار گرفته‌اند .یکی از مشکلات اصلی سلول‌های خورشیدی لایه نازک، جذب پایین نور، به دلیل کوتاه بودن مسیر نوری است .لذا می‌بایست از راهکارهای مناسب به منظور افزایش جذب نور در لایه جاذب بهره گرفت .یکی از این راهکارها، استفاده از تکنیک‌های به دام‌انداختن نور است که در آن، فوتون‌ها از زمان و مسیر کافی برای اندرکنش با اتم‌های ماده برخوردارند .از جمله روش‌های به دام‌انداختن نور، استفاده از ساختارهای متناوب و نامتناوب فوتونی و پلاسمونی است .لذا، هدف این پایان‌نامه، افزایش جذب نور سلول خورشیدی لایه نازک با استفاده از گریتینگ سطح پشتی است .برای طراحی این سلول از مدل‌سازی مداری استفاده شده است‌؛ چرا که بر مبنای آن، بینش فیزیکی عمیق‌تری نسبت به پدیده‌های مربوطه و تأثیر پارامترهای مختلف سلول خورشیدی بر میزان جذب آن حاصل شده و بدین ترتیب، دقت طراحی بهبود می‌یابد .برای پیاده‌سازی الگوریتم‌های محاسباتی مبتنی بر مدل‌سازی مداری از محیط کدنویسی نرم‌افزار متلب استفاده شده است .از طرفی، به منظور انجام محاسبات دقیق و نمایش منحنی‌های خروجی سلول خورشیدی، مثل جذب نور و پروفایل میدان‌های الکترومغناطیسی، از شبیه‌سازی‌های عددی مبتنی بر نرم‌افزار کامسول استفاده شده است .برای انجام برخی محاسبات و رسم برخی منحنی‌های مبتنی بر نتایج شبیه‌سازی‌های عددی، مثل چگالی جریان الکتریکی سلول خورشیدی، از محیط کدنویسی نرم‌افزار متلب استفاده شده است .

This thesis aims to design a thin film solar cell and presents its transmission line equivalent circuit model to gain a deeper physical insight into the performance of the desired structure. The desired structure consists of silicon as an absorbing layer with a thickness of 200 nm and a silver back reflector with a thickness larger than the skin depth. Solar cells are electrical devices that convert the energy of light directly into electricity by the photovoltaic effect, which is a physical and chemical phenomenon. Silicon solar cells are the most common type of solar cells that are technologically advanced and used in the largest quantity of all types of solar cells on the market. The primary goal of photovoltaic technology is designing low-cost devices to increase energy conversion efficiency. However, the production of first-generation solar cells is high. In this context, second-generation solar cells (thin films) have been introduced in recent years and are famous due to their low production costs. One of the main obstacles of thin-film solar cells is the low light absorption due to the short light path. Therefore, appropriate solutions should be considered to increase light absorption in the absorbent layer. The light trapping technique is one of the options in which photons have enough time and path to interact with material atoms. One of the methods of light-trapping is the use of periodic or non-periodic photonic and plasmonic structures. Therefore, this thesis aims to increase the light absorption of a thin-film solar cell using back surface grating. Circuit modeling has been used to design this thin film solar cell, which gives a deeper physical insight into the relevant phenomena and the effect of different solar cell parameters on its absorption. Thus, the accuracy of the design is improved. Accordingly, Matlab software has been used to implement computational algorithms based on circuit modeling. On the other hand, in order to perform accurate calculations and display the output curves of the solar cell, such as light absorption and electromagnetic field profiles, numerical simulations based on Comsol multiphysics software have been used. Besides, to perform some calculations and plot some curves based on the results of numerical simulations, such as the current density of the solar cell, Matlab software has been used.

ba

Design, Simulation, and Circuit Modeling of Thin-Film Solar Cells

سلول‌های خورشیدی لایه نازک

به دام‌اندازی نور

جذب نور

ساختارهای متناوب

مدل مداری

مدل خط انتقال

Thin film solar cells; Light trapping; Light absorption; Periodic structures; Circuit model; Transmission line model

سلول‌های خورشیدی لایه نازک‌؛ به دام‌اندازی نور؛ جذب نور؛ ساختارهای متناوب‌؛ مدل مداری‌؛ مدل خط انتقال

انور حقیقی، نیلوفر

حبیب‌زاده شریف، امیر، استاد راهنما

ایران

20230812

برق ،۱۰۶۴۰ ،۱۳۹۹

ی‌حارط، ک‌زان‍ ه‌یلا ی‌دیشروخ‍ ی‌اهل‌ولس‍ ی‌رادم‍ ی‌زاسل‌دم‍ و ی‌زاسه‌یبش‍.pdf

عادی

عادی

a43.pdf

b10640.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ۸۲۸۵

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y