18005

18005

طراحي و شبيه سازي سلول هاي خورشيدي پلاسمونيك با استفاده از نانوذرات طلا و نقره

كارشناسي ارشد

الكترونيك

شهريورماه 1396

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

چكيده سلول هاي خورشيدي مبتني بر نانوذرات پلاسمونيك، به دليل خاصيت به دام اندازي منحصربه‌فرد نور، جايگزيني اميدواركننده براي سلول هاي حجيم مرسوم هستند. در اين پايان نامه مشخصات نوري و الكتريكي سلول هاي خورشيدي مبتني بر نانوذرات پلاسمونيك را ارائه داده و عملكرد آن ها را با سلول هاي بدون نانوذرات مرسوم مقايسه مي كنيم. سلول هاي خورشيدي پلاسمونيك، در مقايسه با سلول‌هاي بدون نانوذرات فلزي 13% چگالي جريان اتصال كوتاه بيشتري دارند. با رويكرد فناوري به سمت تجمع مدارات الكترونيك نوري، مشكلات ساخت و پديده هايي كه به جلوگيري از فشرده سازي بيشتر ساختار كمك مي-كرد، باعث شد تا استفاده از ساختارهاي پلاسمونيك و امواج پلاسمونيك موردبررسي و استفاده قرار بگيرد. نانو ساختارهاي پلاسمونيك متشكل از فلز و دي الكتريك مي باشد كه ابعاد آن‌ها زير طول‌موج تحريكي يعني طول‌موج پرتوي كه باعث تحريك امواج پلاسمونيك مي شود، قرار دارد. پلاسمونيك بر اساس فرآيند برهم‌كنش بين امواج الكترومغناطيسي و الكترون هاي رسانش در فلزات با ابعاد نانو بيان مي شود. انتقال داده در فرايندهاي متداول از طريق جريان الكترون ها در سيم هاي مسي اتفاق مي افتد اما در پلاسمونيك با حركت نوساني هسته مثبت رخ مي دهد و ﭘﻼﺳﻤﻮن ﻫﺎ ﺑﺮاي ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ ﻫﺎي ﺗﺎ ﻣﺤﺪوده 100 تراهرتز در نظر گرفته مي ﺷﻮﻧﺪ درحالي كه ﺳﯿﻢ ﻫﺎي ﻣﻌﻤﻮﻟﯽ در ده ﮔﯿﮕﺎﻫﺮﺗﺰ ﺑﺴﯿﺎر پر اتلاف ﻫﺴﺘﻨﺪ. در اين پايان‌نامه چندين ساختار نوين براي سلول هاي خورشيدي با استفاده از نانوذرات طلا و نقره پيشنهادشده است. در ساختاري كه از نانوذرات طلا با ابعاد 50 نانومتر در سطح و انتهاي سلول خورشيدي استفاده‌شده به مقدار 14/27 ميلي ولت بر سانتي‌متر مربع براي ماكزيمم توان خروجي و 71/83درصد براي ضريب پرشدگي رسيديم. در ساختاري كه از چيدمان قطري نانوذرات نقره با ابعاد 100 نانومتر در سلول خورشيدي استفاده كرديم به چگالي جريان اتصال كوتاه 54/21 ميلي‌آمپر بر سانتي‌متر مربع رسيديم و در حالتي كه ذرات سه جنسي را در سلول خورشيدي قرارداديم به چگالي جريان اتصال كوتاه 78/26 ميلي‌آمپر بر سانتي‌متر مربع رسيديم. كلمات كليدي: سلول خورشيدي ،پلاسمونيك، نانو ساختار، پلاسمون، نانو ذرات،

1396/08/10

11/1/2017 12:00:00 AM

Abstract: plasmonic solar cells are promising alternatives for expensive conventional bulk solar cells due to their unique light trapping properties and easy growth processes. Here we represent optical and electrical characteristics of a silicon asymmetric based plasmonic solar cell with nona particle architecture arrays, and compare its performance with symmetric and asymmetric nano particle solar cells. We describe the strong optical absorption of our proposed design by finite-difference time domain simulations. Nano particle show 13% enhancement in short current density, even in different angles of incident light, compared to cylindrical nano particle. This improved performance is due to efficient light confinement of plasmonic by increasing light trapping path for waves that are trapped inside the nano particle and conducting the waves that located in free space into the nano particle and substrate. Plasmonics is based on the process of interaction between electromagnetic waves and conduction electrons in nano-sized metals. Data transmission is currently occurring through copper conduction through electrons, but in plasmonics, oscillating positive nuclei occur, and plasmons are considered for frequencies up to 100 terahertz, while typical wires are at 10 gigahertz Are very popular. In this thesis, several new structures for solar cells using gold and silver nanoparticles are proposed, which is proposed in the proposed structure, which uses nanoparticles of gold at the surface and the end of the solar cell, to be 14.47 millivolts per centimeter Square meters for maximum output power and 83/71 percent for fill factor. In a structure that uses the diameter of the silver nanoparticles in a solar cell, we arrived at a short-circuit current density of 21.54 mA cm2, and in the case of three-dimensional particles in the solar cell, the short-circuit current density was 26 / 78 mA per cm.. Keywords: solar cell, plasmonic, nano structure, plasmon, nano particle