عنوان

بررسی اثرات توزیع کاتوره ای نانوذرات در عملکرد سلول های خورشیدی پلاسمونیکی

‭۱۶۹۰۹پ‬

per

بررسی اثرات توزیع کاتوره ای نانوذرات در عملکرد سلول های خورشیدی پلاسمونیکی

/مینا پیرعلائی

: پردیس

، ‮‭۱۳۹۵‬

، افشاری

چاپی

کارشناسی ارشد

فوتونیک الکترونیک

‮‭۱۳۹۵/۱۱/۱۹‬

تبریز

امروزه سلولهای خورشیدی پلاسمونیکی بدلیل خواص منحصر بفرد نانوساختارهای فلز- نیمرسانا و توانایی بهبود عملکرد سلولهای خورشیدی فیلم نازک مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند .در این نوع سلول ها بطور ویژه از خواص جذب و پراکنندگی قوی نانو ذرات فلزی و همچنین تقویت میدان حاصل از آنها برای افزایش بهره‌صی سلول ها استفاده می شود .علم پلاسمونیک بر اساس فرآیند برهم کنش بین امواج الکترومغناطیسی و الکترون های رسانش در فلزات با ابعاد نانو بیان شده است و به دو حوزه‌صی کلی تقسیم می شود که عبارتند از :الف- پلاسمون های سطحی موضعی و ب- پلاسمون پلاریتون های سطحی .در این رساله با استفاده از خواص پلاسمون های سطحی موضعی، که وابسته به استفاده از نانوذرات فلزی می باشد به بررسی اثرات آنها در عملکرد سلول های خورشیدی پرداخته ایم .به منظور بررسی خواص نوری چنین ساختارهایی، باید دیدگاه مناسبی نسبت به توابع دی الکتریک عناصر تشکیل دهنده‌صی آن داشته باشیم چراکه تابع دی الکتریک فلزات از مهمترین پارامترهایی است که نماینده‌صی اندرکنش نور با آن محیط است .مطالعه خواص اپتیکی ساختارهایی که در آن دو یا چند ماده به صورت نانوکامپوزیت در کنار هم در یک مجموعه قرار گرفته اند، از دیدگاه بررسی تک به تک ضرایب دی الکتریک آنها امری بسیار دشوار می باشد .روش پیشنهادی دیگر، که منجر به کاهش محاسبات طاقت فرسا می شود، استفاده از تئوری ماده موثر می باشد .در این روش یک تابع دی الکتریک موثر برای نانوکامپوزیت ارائه می شود به نحوی که بتواند ویژگی های نوری آن ساختار را به نحو مناسبی بیان کند .ساختار پیشنهادی در این رساله برای سلول های خورشیدی فیلم نازک پلاسمونیکی، به نحوی است که در آن نانوذرات فلزی در داخل ناحیه‌صی فعال سلول خورشیدی با توزیع کاتوره ای قرار گرفته اند .مزیت این ساختارها علاوه بر سادگی در ساخت آن نسبت به توزیع های کاملا منظم، طیف جذبی پهن تر و در نتیجه، جذب بیشتر نور در لایه‌صی فعال و در نتیجه دسترسی به بهره‌صی تبدیل بالاتر سلول خورشیدی می باشد .با استفاده از تئوری ماده موثر، یک تابع دی الکتریک موثر برای ناحیه ای که نانوذرات فلزی در آن توزیع شده اند محاسبه شده و همچنین اثرات تغییر در تعداد نانو ذرات استفاده شده در واحد حجم و همچنین اندازه‌صی آنها بررسی شده و نشان داده شده است که یک حد بهینه ای وجود دارد که به ازای آن، جریان تولیدی سلول خورشیدی به بالاترین مقدار ممکن خود می رسد و به ازای آن مقادیر منحنی های بهره کوانتومی سلول خورشیدی بدست آمده است

Wafer based solar cells have the potential to make a large contribution to overcome the energy crisis among the Photovoltaic systems. But they are relatively expensive kind of photovoltaic energy supplying sources. A good promising way to price reduction is to use thin-?lm solar cells instead of conventional wafer-based cells. In such cells, thickness of the photoactive layer is in order of a few micrometers and below. However, due to reduced thickness of these kind of solar cells, their light absorption is insuf?cient compared to wafer-based solar cells, and some light trapping mechanisms are required in order to achieve a satisfying performance. Usual light trapping methods such as surface texturing cannot be applied to thin-?lm cells because of increasing the surface area and hence the minority carrier recombination on the surface. A promising way found recently is to use the rapidly emerging ?eld of plasmonics and especially nanoplasmonics, to enhance the optical absorption of the photoactive layer. Random plasmonic nanostructures are very suitable candidates for light trapping in thin ?lm solar cells because of their ability of ef?cient transportation and localization of light in a broad spectrum. In this thesis, besides the introducing of a novel structure of plasmonic thin-?lm solar cell, in which metal nanoparticles are randomly distributed through the photoactive layer of solar cell, we are presenting a new simple calculation method which can predict the behavior of plasmonic solar cells. To avoid the dif?culty of analytical calculation and due to small size of constituents of the structure, we have used the effective medium theory to describe its optical properties. Using this method, the optimum values of nanoparticle's ?lling fraction for each wavelength within the active layer can be found where the solar cell can have the maximum absorption of light, thereupon the optimum external quantum ef?ciency

پیرعلائی،مینا

عسگری، اصغر، استاد راهنما

آیدینلی، آتیلا، استادراهنما

سیاهپوش،وحید، استاد مشاور

نمایه‌سازی قبلی