عنوان

مطالعه ی افزایش کارایی متمرکزکننده های خورشیدی بر پایه مواد نورزا

Number

پ۲۹۳۸۶

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مطالعه ی افزایش کارایی متمرکزکننده های خورشیدی بر پایه مواد نورزا

First Statement of Responsibility

رامین ظهرابی

Name of Publisher, Distributor, etc.

فیزیک

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۲

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۳۲ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

فیزیک اپتیک و لیزر

Date of degree

۱۴۰۲/۰۶/۱۹

Text of Note

سلول های خورشیدی از رایج ترین وسایل برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی هستند. متمرکز کننده های خورشیدی نورزا برای کاهش هزینه های استفاده از سلول های خورشیدی همچنین امکان استفاده از آن ها در محیط های مسکونی توسعه داده شده اند. یک متمرکزکننده خورشیدی نورزا، یک موجبر نوری مسطح از جنس شیشه یا پلیمر و حاوی مولکول‌های فلورسنت می باشد. متمرکزسازی نوری در این دستگاه به این صورت است که فوتون های خورشیدی توسط رنگینه ها جذب و با یک جابجایی قرمز بازگسیل می شوند و نور بازگسیل شده از طریق بازتاب کلی داخلی به لبه ها که به سلول خورشیدی متصل می شوند هدایت می شود. بازجذب نور توسط رنگینه ها و بازگسیل در زوایای کوچکتر از زاویه حد باعث اتلاف قابل توجهی در متمرکزکننده های خورشیدی برپایه مواد نورزا هستند. دراین رساله ما تأثیر بازتابنده ‌های با ضریب شکست تدریجی ساخته‌شده از بلورهای مایع کلستریک، و بازتابنده های بلور فوتونی متناوب و شبه متناوب با لایه های با ضخامت های تدریجی بر پایه پلیمرها بر کاهش این اتلاف ها را بررسی می کنیم. متمرکزکننده مورد بررسی از جنس پلی متیل متاکریلات و حاوی پروسکایت CH_3 NH_3 PbBr_3 به عنوان رنگینه نورزا می باشد. در فصل اول این رساله ما به بررسی کامل عملکرد متمرکزکننده های نوری و کارهای انجام شده در جهت بهبود عملکرد ان ها می پردازیم. در فصل دوم به توضیح روش‌های مونت کارلو، تفاضل محدود در حوزه زمانی و ماتریس انتقال بکاربرده شده می پردازیم. در فصل سوم در بخش اول سه نوع بازتابنده بلور مایع کلستریک در پایین متمرکزکننده استفاده می شود: بلورهای مایع کلستریک با ضریب شکست تدریجی مرتبه اول، بلورهای مایع کلستریک با ضریب شکست تدریجی مرتبه دوم و بلور مایع کلستریک با ضریب شکست تدریجی در دو بعد یا توری های حجمی قطبشی. ملاحظه می شود که نوار بازتابی بلورهای مایع کلستریک نوع اول، زمانی بیشترین همپوشانی را با طیف گسیل رنگینه نشان می‌دهند که نوار بازتابی آینه در مقایسه با طیف گسیل رنگینه تحت یک جابجایی قرمز 20 نانومتری قرار میگیرد و برای یک متمرکزکننده باعث افزایش بازده 15 درصدی می شود. از سوی دیگر، بلورهای مایع کلستریک با ضریب شکست تدریجی مرتبه دوم با نوار بازتابی گسترده‌تر منجر به همپوشانی کامل و کارایی بالاتر می شوند وباعث افزایش بازده 40 درصدی می شوند. بازتابنده های کلستریک نوع سوم یا توری قطبشی حجمی با یک ساختار متفاوت تر که بتواند قابلیت استفاده درپنجره های دوجداره را پوشش دهند در نظر گرفته شدند که درکنار کاهش اتلاف خروج نور از موجبر باعث کنترل بازجذب شده و امکان طراحی متمرکزکننده نوری در ابعاد بزرگ را ممکن می سازند وباعث افزایش بازده 50 درصدی می شوند. در بخش دوم از بازتابنده های بلورفوتونی متناوب و شبه متناوب برپایه پلیمر استفاده می کنیم. ملاحظه می شود که گاف نواری بلورهای فوتونی متناوب همپوشانی ضعیفی با طیف گسیل رنگینه نشان می‌دهند اما بلورهای فوتونی شبه متناوب با پهنای گاف نواری گسترده‌تر منجر به همپوشانی کامل و کارایی بالاتر شدند. بلورفوتونی متناوب و شبه متناوب به ترتیب باعث افزایش بازدهی 6 و 29 درصدی می شوند. علاوه بر این، بازتابنده ها کلستریک و بلورفوتونی با بازتاب دوباره فوتون های خورشیدی عبور داده شده به داخل موجبر باعث افزایش جذب نور خورشید در متمرکزکننده و بهبود فلورسانس رنگینه ها شدند. همچنین ما شاهد کاهش غلظت بهینه رنگینه با حضور بازتابنده ها شدیم که با تحلیل های آماری جذب و نشر در رنگینه ها به توضیح دلایل این تغییر پرداخته ایم.

Text of Note

Abstract: Solar cells are one of the most common devices for converting solar energy into electrical energy. LSCs have been developed to reduce the cost of using solar cells, as well as the possibility of using them in residential environments. A LSC is a flat optical waveguide made of glass or polymer and containing fluorescent molecules. The light focusing in this device is such that solar photons are absorbed by the dyes and re-emitted with a redshift, and the re-emitted light is guided through total internal reflection to the edges that are connected to the solar cell. Reabsorption of light by dyes and re-emission at angles smaller than the critical angle cause significant losses in LSCs. In this thesis, we examine the effect of reflectors with gradual refractive index made of cholesteric liquid crystals, and periodic and quasi-periodic photonic crystals with layers of gradual thicknesses based on polymers on reducing these losses. The investigated concentrator is made of polymethyl methacrylate and contains perovskite 〖CH〗_3 〖NH〗_3 〖PbBr〗_3 as a luminophore. In the first chapter of this thesis, we will fully review the performance of LSCs and the work done to improve their performance. In the second chapter, we explain the Monte Carlo, finite difference time domain, and transfer matrix methods that have been used. In the third chapter, in the first part, three types of cholesteric liquid crystal reflectors are used at the bottom of the LSC: cholesteric liquid crystals with a gradual refractive index of the first and second order, and cholesteric liquid crystals with a gradual refractive index in two dimensions or polarization volume gratings. It can be seen that the reflection band of the first type of cholesteric liquid crystals shows the greatest overlap with the dye emission spectrum when the reflection band of the mirror undergoes a red-shift of 20 nm compared to the dye emission spectrum, and for a LSC, it increases the efficiency by 15%. On the other hand, cholesteric liquid crystals with second-order gradient refractive index with a wider reflection band lead to complete overlap and higher efficiency, increasing efficiency by 40%. Cholesteric reflectors of the third type or polarization volume grating with a different structure that can cover the ability to be used in double-glazed windows were considered, which, in addition to reducing the escape cone loss of the waveguide, controls reabsorption and makes it possible to design a large-scale LSC. They make and increase efficiency by 50%. In the second part, we use periodic and quasi-periodic photonic crystal reflectors based on polymers. It can be seen that the bandgap of periodic photonic crystals shows a weak overlap with the dye emission spectrum, but the quasi-periodic photonic crystals with a wider bandwidth lead to complete overlap and higher efficiency. Periodic and quasi-periodic photonic crystals increase efficiency by 6 and 29%, respectively. In addition, cholesteric and photonic crystal reflectors by reflecting the solar photons passed into the waveguide increased the absorption of sunlight in the concentrator and improved the fluorescence of dyes. Also, we saw a decrease in the optimal dye concentration with the presence of reflectors, and we explained the reasons for this change with the statistical analysis of absorption and emission in the dyes.

Variant Title

The study of the efficiency enhancement of luminescent solar concentrators (LSCs)

Entry Element

ظهرابی،

Part of Name Other than Entry Element

رامین

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

نامدار،

Entry Element

احمدی کندجانی،

Entry Element

علیایی فر،

Part of Name Other than Entry Element

‏عبدالرحمن

Part of Name Other than Entry Element

‏‏سهراب

Part of Name Other than Entry Element

‏بابک

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏تبریز