عنوان

طراحی و مدل‌بندی سلول‌های خورشیدی آلی نیمه‌شفاف مبتنی‌بر مشددهای بلورفوتونی

Number

پ۲۹۰۱۲

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

طراحی و مدل‌بندی سلول‌های خورشیدی آلی نیمه‌شفاف مبتنی‌بر مشددهای بلورفوتونی

First Statement of Responsibility

المیرا عنّابی میلانی

Name of Publisher, Distributor, etc.

فیزیک

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۱

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۱۹ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

فوتونیک

Date of degree

۱۴۰۱/۱۱/۲۰

Text of Note

یکی‌از دغدغه‌های بشر در طول تاریخ یافتن منابع انرژی برای زندگی خود بوده است، در سال‌های اخیر هم با کم‌شدن منابع انرژی‌های فسیلی و هم‌چنین به‌خاطر آلاینده بودن آن‌ها، محققان به‌دنبال انرژی‌های پاک و ارزان قیمت بوده اند که یکی‌از این منابع بسیار مهم و در‌دسترس، انرژی خورشیدی است که در آن با تبدیل مستقیم نور خورشید به انرژی الکتریکی میتوان انرژی مورد نظر را تامین کرد. تحقیقات بسیاری برای تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی در طول دهه‌های گذشته صورت پذیرفته است که باعث معرفی نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی شده‌است. افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی، ارزان‌تر شدن آن‌ها، و پیدا کردن محلی برای نصب پنل‌های خورشیدی از مسائل و دغدغه‌های مهم استفاده از انرژی‌های خورشیدی است. امکان جایگزینی پنجره‌ها، نماهای شیشه‌ای ساختمان‌ها و شیشه‌های گلخانه‌ها با سلول‌های خورشیدی نیمه‌شفاف، انگیزه‌ی اصلی انجام این رساله بوده است.در این رساله سلول‌های خورشیدی نیمه‌شفاف که در آن‌ها سلول خورشیدی طیف‌های مادون قرمز و فرابنفش را جذب و قسمت اعظم ناحیه‌ی مرئی را عبور می‌دهد مطالعه شده‌است. برای این کار سلول‌های خورشیدی آلی نیمه‌شفاف با ساختار: ITO/ZnO/PBDB-T:ITIC/MoO3/Ag/MoO3 که از لایه‌های انتقال‌دهنده‌ی الکترون (ETL)، انتقال‌دهنده‌ی حفره (HTL) و لایه‌ی فعال شفاف ساخته شده‌اند، در نظر گرفته شده‌است. برای این کار ابتدا یک ساختار نوعی در نرم افزار اسکپس مدل‌سازی شده و نتایج آن گزارش شد. سپس بر اساس معادلات سوق-پخش و با در نظر گرفتن چگالی‌های اکسایتونی و روش TMM، در محیط متلب سلول‌های خورشیدی نیمه‌شفاف به‌صورت نظری مدلسازی و میزان نور عبوری، کارایی سلول‌های خورشیدی اعم از بهره‌ی‌ تبدیل توان، نمودار ولتاژ-جریان و فاکتور پرشدگی و هم‌چنین تغییرات رنگ یعنی مختصات رنگی سلول خورشیدی به‌دست آمد. سپس برای ضخامت‌های مختلف لایه فعال PBDB-T:ITIC و ضخامت ‌های مختلف الکترود بالاییMoO3/Ag/MoO3 ، عملکرد این نوع سلول‌های خورشیدی بهینه گردید. در ادامه با اضافه کردن بلور فوتونی یک‌بعدی به انتهای ساختار و تشکیل یک مشدد نیمه‌شفاف، به‌صورت :Glass/MoO3/Ag/MoO3/PBDB-T:ITIC/TiO2/Ag/PML/1DPCs تغییرات بهره‌ی تبدیل توان و شفافیت سلول‌های خورشیدی بررسی و اثرات تعداد لایههای بلور‌فوتونی بر عملکرد سلول‌ها مطالعه گردید که منجر‌به افزایش بازده در حدود 16% شد. هم‌چنین به‌صورت تجربی با استفاده از مواد P3HT:PBCM سلول‌های خورشیدی نیمه‌شفاف ساخته شد و اثرات ساختاری ازجمله اثر غلظت‌ ) ضخامت( لایه‌‌ی‌ فعال و همین‌طور تاثیر عملیات سطحی یووی-اوزون (UV-Ozone)روی زیرلایه‌ی اکسید روی، بر میزان بازدهی و شفافیت مورد مطالعه قرار گرفت. با کاهش غلظت‌ (ضخامت‌های کم)، شفافیت سلول افزایش یافته، ولی در مقابل بازده آن کمی‌کاهش یافت.

Text of Note

Abstarct: One of the concerns of humans throughout history has been finding energy sources for their lives. In recent years, with the decrease in fossil energies and also due to their polluting nature, researchers have been looking for clean and cheap energies. One of the very important and available sources is solar energy, where the desired energy can be supplied by converting sunlight into electrical energy. Much research has been done to convert sunlight into electrical energy during the past decades, which has led to the introduction of different generations of solar cells. Increasing the efficiency of solar cells, making them cheaper, and finding a place to install solar panels are important issues and concerns of using solar energy. On the other hand, considering the use of windows and glass facades for buildings and greenhouses, converting them into solar cells is a very good motivation for this thesis.In this thesis, the semi-transparent solar cells in which the solar cell absorbs infrared and ultraviolet spectrums and passes most of the visible region are studied. For this work, the structure of ITO/ZnO/PBDB-T:ITIC/MoO3/Ag/MoO3, with transparent ETL, HTL, and the transparent active layer is considered. For this purpose, a structure was designed in SCAPS modeling software at first, and the possibility of obtaining good results is achieved. Then, taking into account the drift-diffusion equations and taking into account the exciton densities, as well as using the TMM method, in the MATLAB environment, translucent solar cells are theoretically modeled and the amount of transmission, the efficiency, including the power conversion efficiency, the current density, and also the color changes, i.e. the color coordinates of the solar cell, were obtained. Then, for different thicknesses of PBDB-T:ITIC active layer and different thicknesses of MoO3/Ag/MoO3 upper electrode, the performance of this type of solar cell were optimized. Then, by adding a one-dimensional photonic crystal to the end of the structure and forming a semi-transparent microcavity, Glass/MoO3/Ag/MoO3/PBDB-T:ITIC/TiO2/Ag/PML/1DPCs, the changes in power conversion efficiency and transparency of that solar cells are investigated and the effects of the number of pair photonic crystal layers on cell performance are studied. Also, experimentally using P3HT:PCBM active layer, semi-transparent solar cells were made and the structural effects such as the thickness of the active layer and the thickness of the Ag electrode on the performance of this solar cells are investigated.

Variant Title

Design and Modeling of Organic Semi-Transparent Solar Cells based on Photonic Crystal Resonators

Entry Element

‏عنّابی میلانی،

Part of Name Other than Entry Element

‏المیرا

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏عسگری،

Entry Element

احمدی،

Entry Element

پیرعلائی،

Part of Name Other than Entry Element

‏اصغر

Part of Name Other than Entry Element

‏ سهراب

Part of Name Other than Entry Element

‏ مینا

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Dates

استاد مشاور

Entry Element

تبریز