مدلسازی الکتریکی و نوری در سلولهای خورشیدی لایه نازک: با تمرکز بر سلولهای خورشیدی آلی لایه نازک استاد: دکتر شهرام محمدنژاد
فهرست مطالب بخش اول: مقدمه بخش دوم: شبیهسازی نوری سلول خورشیدی لایه نازک استخراج پارامترها سلولهای خورشیدی آلی بخش دوم: شبیهسازی نوری محاسبه طیف جذبی طیف خورشیدی و طیف جذبی نور خورشید بخش سوم: شبیهسازی الکتریکی محاسبه مشخصه ولتاژ- جریان بررسی اثر تغییر پارامترها زاویه تابش نور ورودی ضخامت و پراکندگی مواد آلی در لایه فعال 30 / 1
بخش اول: مقدمه سلول خورشیدی لایه نازک استخراج پارامترها سلول خورشیدی لایه نازک استخراج پارامترها سلولهای خورشیدی آلی بخش اول: مقدمه 30 / 2
سلولهای خورشیدی لایه نازک سلول های لایه نازک مرسوم: Cadmium telluride Copper indium gallium selenide Silicon thin film solar cell Gallium arsenide thin film cells سلولهای لایه نازک در حال توسعه: Copper zinc tin sulfide solar cell CZTS، CZTSe و CZTSSe Dye-sensitized solar cell Organic solar cell Perovskite solar cell Quantum dot solar cell 30 / 3
استخراج پارامترهای لایههای نازک قطبشسنجی (Ellipsometry): تابش نور با قطبش خطی دریافت نور منعکس شده از سطح استخراج اطلاعات تغییر فاز و دامنه تحلیل اطلاعات دریافت شده با مدلسازی انتشار نور مدلسازی انتشار نور با روشهای مرسوم مانند Transfer Matrix Method (TMM) 30 / 4
بازده سلولهای خورشیدی در حال توسعه و لایه نازک سلول خورشیدی آلی: تولید آسان پوششدهی چرخشی چاپ قابلیت تنظیم مواد آلی حلپذیری خواص الکتریکی خواص نوری مدلسازی عددی: پیشبینی رفتار قطعه استخراج پارامترها درک فرآیندها ابزار مناسب طراحی 30 / 5
تاریخچه سلولهای خورشیدی آلی ساختار ناهمگون لایهای، سال 1986، بازده 0.95% لایه فعال، 2 لایه موازی بین الکترودها ساختار ناهمگون تودهای، سال 1995، بازده 2.9% لایه فعال، مخلوطی از 2 ماده آلی قابل حل 30 / 6
اکسیتون جذب فوتون تولید اکسیتون نیمههادی غیر آلی: نیمههادی آلی: تولید اکسیتون نیمههادی غیر آلی: شعاع اکسیتون زیاد انرژی همبستگی کم تامین انرژی در دمای اتاق نیمههادی آلی: شعاع اکسیتون کم انرژی همبستگی زیاد نیاز به محیط مناسب جداسازی 30 / 7
فرایند تبدیل انرژی در سلولهای خورشیدی آلی جداسازی اکسیتون در مرز دو نیمههادی تولید حاملهای آزاد و جذب در الکترودها 30 / 8
مدلسازی عددی شبیهسازی الکتریکی: شبیهسازی نوری: مدلسازی فرایندها تولید و نفوذ اکسیتون بازترکیب یا جدا سازی اکسیتون نفوذ و رانش حاملهای بار بازترکیب حاملهای بار یا جذب در الکترودها شبیهسازی نوری: منبع نور منبع تک فرکانس یا همدوس طیف خورشیدی با منابع همدوس محاسبه طیف جذبی محاسبه توزیع جذب در لایه فعال 30 / 9
بخش دوم: شبیهسازی نوری محاسبه طیف جذبی طیف خورشیدی طیف جذبی نور خورشید 30 / 10
ساختارهای ناهمگون لایهای و تودهای ساختار ناهمگون لایهای ساختار ناهمگون تودهای ضرایب نوری مواد 30 / 11
شرایط آزمایش سلولهای خورشیدی 30 / 12
طیف خورشیدی استاندارد طیف خارج جو (AM 0 یا Extraterrestrial) طیف کلی (AM 1.5G یا Global Tilt) طیف مستقیم (AM 1.5D یا Direct + Circumsolar) 30 / 13
طیف جذبی نور خورشید 30 / 14
شار فوتونهای جذب شده و بازده جذب فوتونها پارامتر سلولهای خورشیدی آلی نمونه 1 نمونه 2 نمونه 3 ساختار ناهمگون لایهای ناهمگون تودهای ضخامت لایه فعال پارامتر سلولهای خورشیدی آلی نمونه 1 نمونه 2 نمونه 3 شار فوتونهای جذب شده بازده جذب فوتونها 30 / 15
تغییرات بازده جذب در ساختار ناهمگون تودهای افزایش متناوب: برهمنهی امواج تغییر در توزیع جذب محدودیت نهایی: توان ورودی محدود جذب توان در سایر لایهها انعکاس ثابت در سطح 30 / 16
جذب نور غیر عمود با قطبیدگی TM نور ورودی با زاویه 60 درجه نور ورودی با زاویه 30 درجه 30 / 17
جذب نور غیر عمود با قطبیدگی TE نور ورودی با زاویه 60 درجه نور ورودی با زاویه 30 درجه 30 / 18
طیف جذبی نور خورشید با تغییر زاویه تابش طیف جذبی نور غیر قطبیده میانگین طیف جذبی نور TM و TE افزایش زاویه کاهش نور رسیده به واحد سطح تغییر در میزان بازتابش در سطح 30 / 19
بخش سوم: شبیهسازی الکتریکی محاسبه نتایج الکتریکی بررسی اثر تغییر پارامترها 30 / 20
ساختار ساده شده و محاسبه مشخصه ولتاژ-جریان مشخصه ولتاژ-جریان و سایر پارامترها سطوح انرژی 30 / 21
مدل الکتریکی 30 / 22
نرخ تولید اکسیتون و مشخصه ولتاژ-جریان ساختار: ناهمگون لایهای ضخامت لایه فعال: 30 نانومتر بازده: 1.59% 30 / 23
نرخ تولید اکسیتون و مشخصه ولتاژ-جریان ساختار: ناهمگون تودهای ضخامت لایه فعال: 80 نانومتر بازده: 5.25% 30 / 24
بازده جذب فوتونها و بازده تبدیل توان پارامتر سلولهای خورشیدی آلی نمونه 1 نمونه 2 نمونه 3 ساختار ناهمگون لایهای ناهمگون تودهای ضخامت لایه فعال پارامتر سلولهای خورشیدی آلی نمونه 1 نمونه 2 نمونه 3 بازده جذب فوتونها FF بازده تبدیل توان 30 / 25
بررسی اثر ضخامت لایه فعال در ساختار ناهمگون تودهای افزایش ضخامت: افزایش احتمال بازترکیب حاملهای آزاد کاهش نسبی جریان اتصال کوتاه کاهش FF کاهش نسبی بازده بیشترین بازده در ضخامت 80 میکرومتر 30 / 26
بررسی اثر پراکندگی نیمههادیها در لایه فعال افزایش دوره تناوب: دورتر شدن مرزها کاهش احتمال جداسازی اکسیتون کاهش جریان افزایش چگالی حاملها در مرز کاهش FF و بازده 30 / 27
بررسی اثر زاویه نور ورودی فرایندهای نوری تعیین کننده هستند تغییرات بازده تا 60 درجه: به دلیل کاهش توان رسیده به واحد سطح تغییر در میزان بازتابش در سطح کاهش بازده بین 60 تا 90 درجه: به دلیل افزایش بازتابش در سطح جذب بخش غیر مستقیم نور خورشید: لزوم استفاده از سطح ضد انعکاس مناسب 30 / 28
نتیجهگیری افزایش ضخامت لایه فعال افزایش دوره تناوب در لایه فعال به طور کلی موجب افزایش جذب میشود بیشترین بازده در ضخامت 80 نانومتر افزایش دوره تناوب در لایه فعال کاهش بازده افزایش زاویه تابش کاهش نور رسیده به واحد سطح افزایش انعکاس طیف خورشیدی غیر قطبیده مجموعهای از خطوط طیف طیف جذبی هموار 30 / 29
پیشنهادات ضخامت لایه فعال دوره تناوب در لایه فعال زاویه تابش بررسی اثر نقصها و مرزهای غیر ایدهآل دوره تناوب در لایه فعال استفاده از مرزهای غیر هموار مرزهای با تغییرات متناوب یا تصادفی زاویه تابش استفاده از سطوح ضد انعکاس مناسب طیف خورشیدی بررسی بخش غیرمستقیم نور خورشید با زاویه های متفاوت 30 / 30
با تشکر