عنوان

طراحی و شبیه‌سازی سلول‌های خورشیدی باند میانی راندمان بالا به همراه استخراج حامل‌های داغ بر پایه سیلیکون کرباید

Number

‭۱۷۳۳۵پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

طراحی و شبیه‌سازی سلول‌های خورشیدی باند میانی راندمان بالا به همراه استخراج حامل‌های داغ بر پایه سیلیکون کرباید

First Statement of Responsibility

/حمید حیدرزاده

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی برق وکامپیوتر

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۵‬

Name of Manufacturer

، افشاری

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی برق والکترونیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۵/۱۱/۰۵‬

Body granting the degree

دانشگاه تبریز

Text of Note

در این رساله بهبود بازده سلول‌صهای خورشیدی بر پایه‌صی سیلیکون با مدیریت مشخصات اپتیکی و الکتریکی ساختارصها و مواد آن‌صها بدست آمده است .با این هدف از ساختارها و تکنیک‌صهای جدید استفاده کردیم .به عنوان اولین قدم، بازده بهینه‌ص‍ برای سلول‌صهای خورشیدی بر پایه‌صی‮‭SiC - ۳C‬و‮‭SiC - ۶H‬محاسبه شده است .بر پایه‌صی نتایج بدست آمده، شکل‌صگیری باندهای میانی با دوپنت‌صهای ‮‭Ni‬ در‮‭SiC - ۳C‬و ‮‭Mn‬ در‮‭SiC - ۶H‬با استفاده از نظریه‌صی تابع چگالی نشان داده شده است که به ساختار سلول خورشیدی اجازه می‌صدهد که ضریب جذب بهتری در بازه‌صی طیف خورشید داشته باشند .سپس در این رساله به حوزه‌صی جذاب از سلول‌صهای خورشیدی یعنی نقاط کوانتومی سیلیکونی در داخل سیلیکون کرباید پرداخته شده است .در ابتدا یک محاسباتی برای پیدا کردن حداکثر بازده برای سلول‌ص‍ خورشیدی با یک و دو باند میانی صورت گرفته است .شبیه‌صسازی اپتیکی با حل معادله‌صی شرودینگر به روش المان محدود سه بعدی انجام شده است .این شبیه‌صسازی برای بدست آوردن باندهای میانی، توابع موج و ضریب جذب صورت گرفته است .پارامترهای ابعادی مثل شعاع، فاصله‌صی نقاط کوانتومی اندازه‌صی آرایه‌صی کوانتومی برای داشتن بهینه‌صترین بازده صورت گرفته است .در واقع آنها برای طراحی یک سلول خورشیدی باند میانی بر پایه‌صی نقاط کوانتومی انجام پذیرفته است .همچنین یک سلول خورشیدی سه اتصاله با ساختار سلول پایینی سیلیکونی، سلول وسطی نانو ساختاری و سلول بالایی سیلیکون کرباید معرفی شده است که بازده و ساختار آن شبیه‌صسازی شده است .در واقع با مهندسی انرژی شکاف مواد این فرصت در اختیار ما قرار گرفته است که ساختارهایی با باند های انرژی متفاوت برای افزایش جذب نور خورشید و کاهش تلفات و در نتیجه افزایش راندمان تبدیل سلول‌صهای خورشیدی طراحی کنیم .از طرفی در سلول‌صهای خورشیدی با انرژی شکاف پایین تلفات حرارتی بالای وجود دارد و در موادی با انرژی شکاف بالا تلفات عبوری بالایی وجود دارد .بنابراین یکی از تلفات اصلی انرژی در سلول‌صهای خورشیدی تبدیل شدن سریع انرژی اضافی حامل‌صهای تولید شده به گرما می‌صباشد .برای کاهش این تلفات حامل‌صهای داغ را قبل از اینکه واهلش گرمایی برای آنها اتفاق بیفتد از ترازصهای بالای انرژی بیرون می‌صکشیم .بنابراین ما برای افزایش راندمان تبدیل سلول‌صهای خورشیدی سعی کردیم علاوه بر استفاده از باند میانی از استخراج حامل‌صهای داغ نیز استفاده کنیم .در استخراج حامل‌صهای داغ از تکنیک کانتکت انتخاب کننده انرژی یا به عبارت دیگر از سد دوگانه رزونانسی استفاده شده است .سلول‌صهای خورشیدی حامل‌صهای داغ به کمک استخراج حامل‌صهای داغ دو بخش اساسی یعنی) الف (لایه جاذب با باندهای میانی و) ب (کانتکت‌صهای انتخابگر انرژی برای استخراج حامل‌صهای داغ .در نهایت، طراحی سلول‌صهای خورشیدی بسیار نازک که در آن نور در ناحیه‌صی فعال سلول خورشیدی به دام می‌صافتد انجام گرفته است .تکنیک سلول خورشیدی لایه نازک نه تنها موجب می‌صشود مواد کمتری در سلول خورشیدی استفاده شود بلکه می‌صتواند در سلول‌صهای خورشیدی نسل سوم مانند سلول‌صهای خورشیدی حامل داغ و باند میانی که با ناحیه فعال نازکتر طراحی می‌صشوند استفاده شود .یکی از روش‌صهای استفاده شده گریتینگ می‌صباشد که با پراکنده کردن نور در داخل لایه جاذب مسیر جذب شدن نور را افزایش داده است .روش دیگر استفاده از نانوذرات پلاسمونیک است .در اینجا ما با استفاده از این دو روش جذب در سلول‌صهای خورشیدی لایه نازک را افزایش دادیم

Text of Note

In this dissertation efficiency improvement is obtained in silicon based solar cell through engineering of optical properties and electronic structure of materials. For this purpose we used novel structures and techniques. At first optimal efficiency calculations for 3C-SiC and 6H-SiC-based intermediate band solar cells (IBSCs) are presented. Based on the obtained theoretical results, the formation of an isolated IB in the appropriate position is demonstrated for Ni-doped 3C-SiC and Mn-doped 6H-SiC using the density function theory method which leads to an enhancement in the absorption coefficient in the ranges of the solar spectrum. Then this dissertation reveals an unsurvey domain of silicon component quantum dot (QD) solar cells but quite interesting for photovoltaic application with the use of Si QDs in SiC. Some calculations are carried out to determine the efficiency limits of a cell with one and two mini-bands. Optical simulation using 3D FEM solution of the Schrodinger equation is done to obtain mini-bands, wave functions and hence optical absorption coefficient. Dimension parameters of a QD array like radius, inter-dot spacing and array size are optimized to achieve a maximum ef?ciency. Inter-band and inter-subband absorption coefficient are calculated for them. They applied to determine the optimum characteristic of a QD-based IBSC. Also, we designed a novel triple-junction solar cell consisting a monolithically interconnected silicon (Si) bottom cell, quantum dots (QDs) based middle cell, and 3C-SiC top cell. The ef?ciency limits is calculated based on the detailed balance principle. The special attention is given to the quantum dot layer to obtain a more realistic representation of such materials.In material with higher band gap, the fewer photons will be absorbed; the lower the band gab, the greater the thermalisation losses of power delivered from high energy photons. To overcome this problem, combining intermediate band and hot carrier extraction techniques are used in this work, simultaneously. Using hot carrier extraction, it is possible to tap the "excess" energy of charge carriers before they are able to thermalize. Using intermediate band then not only can the high energy photons be utilized efficiently, but the bandgap can be designed skillfully to allow for the absorption of a greater number of photons. In the other hand, hot carrier solar cells are used to extract carriers before thermalization using selective energy contacts. Hot carrier solar cells have offered alternatives in high efficiencies. A hot carrier solar cell consists of two main regions: (i) an absorber in which photons have been absorbed to generate carriers and (ii) energy-selective contacts (ESCs) at the both sides to extract. Finally, designing ultrathin solar cells in which light is trapped in the active layer is done. The cell with thin absorber may not only need less material and hence cut cost of solar cells, but also ultimately can be applied in the next generation solar cell with advanced high-performance concepts, such as hot-carrier cells or IBSCs because of their requirement to less carrier collection times. One way is grating that scatter light into several beams travelling in different directions and it increases the light traveling path inside the absorber. Other way is using plasmonic nano particles. Here, we present a concept for signi?cant improvement the photocurrent of ultrathin crystalline silicon solar cells using plasmonic hemispherical dielectric-metal (core-shell) nanoparticles and backside gratings

حیدرزاده، حمید

رستمی،علی، استاد راهنما

دولتیاری، محبوبه، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی