شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)
 فهرست مطالبعنوان صفحه فهرست جدول‌ها‌د فهرست شکل‌‌ها‌ه فصل 1- مقدمه1 1-1- پیشگفتار1 1-2-تاریخچهی سلولهای خورشیدی1 1-3-انواع سلولهای خورشیدی2 1-3-1-نسل اوّل سلول های خورشیدی (سلول های کریستالی سیلیکون)2 1-3-1-1-فرآیند رشد کریستال های نیمه هادی ها2 1-3-1-2-سلول های خورشیدی کریستالی سیلیکونی4 1-3-2-نسل دوم سلول های خورشیدی (سلول های لایه نازک)4 1-3-2-1-سلول های خورشیدی لایه نازک سیلیکون5 1-3-2-2-سلول های خورشیدی لایه نازک کلکوپریت5 1-3-2-3-سلول های خورشیدی لایه نازک کادمیم تلوراید6 1-3-2-4-سلول های خورشیدی لایه نازک ارگانیک7 1-3-3-نسل سوم سلول های خورشیدی8 1-3-3-1-سلول های خورشیدی با پیوند چندگانه9 1-3-3-2-سلول های خورشیدی با طیف های ورودی چندگانه12 1-3-3-2-1-سلول ترموفوتوولتی12 1-3-3-2-2-سلول ترموفوتونی............................ ............................ 12 1-3-3-3-سلول های خورشیدی با مسیرهای جذب چندگانه13 1-3-3-4-سلول های خورشیدی با سطوح انرژی چندگانه14 1-3-3-5-سلول های خورشیدی با دماهای چندگانه14 1-3-4-سلول های خورشیدی نانوساختار15 1-3-5-استفاده از نانوسیم ها در سلول های خورشیدی15 1-3-5-1-معرفی نانوسیم................................ ................................ 15 1-3-5-2-ویژگی های الکتریکی و نوری نانوسیم16 1-3-5-3-سلول های خورشیدی مبتنی بر نانوسیم17 1-3-6-استفاده از نانولوله در سلول های خورشیدی20 1-3-6-1-معرفی نانولوله............................... ............................... 20 1-3-6-2-ویژگی های الکتریکی و نوری نانولوله ها21 1-3-6-3-سلول های خورشیدی مبتنی بر نانولوله22 1-4-استفاده از گرافن در سلول های خورشیدی25 1-5-ساختار پایاننامه25 فصل 2-گرافن: ویژگی ها، کاربردها و روش های ساخت26 2-1-مقدمه26 2-2-ویژگی های گرافن26 2-2-1-ساختار اتمی گرافن26 2-2-2-ویژگی های الکتریکی والکترونیکی گرافن27 2-2-2-1-کریستال دو بعدی27 2-2-2-2-ساختار نواری مخروطی27 2-2-2-3-روش های ویژه جهت ایجاد گاف انرژی29 2-2-2-4-وابستگی جرم سیکلوترون به جذر چگالی حامل29 2-2-2-5-حامل های بار بدون جرم (فرمیونهای دیراک)30 2-2-2-6-حداقل رسانایی غیر صفر31 2-2-2-7-ترابرد بالیستیک.............................. .............................. 31 2-2-2-8-اثر هال کوانتومی غیر معمول و پدیده ی فاز بری33 2-2-2-9-اثر میدان آمبایپلار ( آلایش الکتروستاتیک )33 2-2-3-ویژگی های نوری گرافن34 2-3-روش های ساخت گرافن35 2-4- نانو نوارهای گرافن36 فصل 3-روش تابع گرین غیرتعادلی و کاربرد آن در شبیه سازی ادوات نیمه هادی39 3-1-مقدمه39 3-2-مفهوم ریاضی تابع گرین39 3-3-روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)41 3-3-1-مفاهیم مقدماتی41 3-3-2-استفاده از NEGF برای شبیه سازی ترابرد بالیستیک(بدون تلفات)44 3-3-3-استفاده از روش NEGF در شبیه سازی ترابرد غیر بالیستیک(تلفاتی)46 3-3-3-1-درهمکنش الکترون- الکترون46 3-3-3-2-درهمکنش های الکترون- فونون و الکترون-فوتون47 3-3-4-پایه های نمایش در روش NEGF (فضای واقعی و فضای مود)49 فصل 4-روش شبیه سازی50 4-1-مقدمه......................................... ......................................... 50 4-2-فلوچارت کامل شبیه سازی50 4-3-تشکیل همیلتونین52 4-3-1-همیلتونین در فضای حقیقی53 4-3-2-تبدیل همیلتونین به نمایش در فضای مود54 4-4-خود-انرژی ناشی از اتصالات57 4-5-خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون58 4-6-چالش های محاسباتی در شبیه سازی عددی59 4-7-راه حل های ممکن جهت عبور از چالش های محاسباتی60 فصل 5-نتایج شبیه سازی61 5-1-مقدمه61 5-2-نتایج شبیه سازی61 فصل 6-پیشنهادات64 6-1 بررسی و مطالعه ی دقیق بر روی راه حل های شبیه سازی عددی سلول های خورشیدی نانوساختار با استفاده از روش NEGF و بهره بردن از تکنیک های تسریع محاسبات از جمله برنامه نویسی موازی به منظور دست یابی به نتایج قابل قبول علمی64 6-2 شبیه سازی سلول خورشیدی مبتنی بر گرافن با استفاده از ساختار ابر-شبکه (به روشه ای مختلف)64 6-3 طراحی مدل جدیدی از IB-QD-SC با استفاده از ساختار ابر شبکه ی گرافن64 6-4 شبیه سازی سلول های خورشیدی و آشکارسازهای نوری پلاسمونیک با استفاده از گرافن و طلا (با کمک Comsol)64 6-5 طراحی سلول خورشیدی با جذب نور بسیار بالا به وسیله ی گرافن چند لایه به همراه لایه های میانی شفاف (مثلا H-BN)64 فهرست مراجع65 فهرست جدول‌ها عنوان صفحه جدول 1‑1- بازده سلول های خورشیدی با 1 تا 4 پیوند به ازای Egهای مختلف11 جدول 1‑2- کاربرد نانولوله های کربن در سلول های خورشیدی22 جدول 2‑1- موبیلیتی در نمونه های مختلف گرافن31 فهرست شکل‌‌ها عنوان صفحه شکل 1‑1- نمونه ای از یک سلول خورشیدی لایه نازک4 شکل 1‑2- سلول خورشیدی لایه نازک سیلیکون با چند پیوند5 شکل 1‑3- ساختار متداول یک سلول خورشیدی CuInSe26 شکل 1‑4- ساختار مرسوم سلول خورشیدی لایه نازک CdTe7 شکل 1‑5- تقسیم طیف خورشید به سه ناحیه ی مختلف برای جذب توسط سلول خورشیدی با سه پیوند پشته ای10 شکل 1‑6- نمودار بازده بر حسب گاف انرژی برای الف.سلول تک پیوند ب. سلول دو- پیوند و ج. سلول سه- پیوند سری در حالت ایده آل11 شکل 1‑7- نمایش مفهومی سلول ترموفوتوولتی(TPV)12 شکل 1‑8- نمایش مفهومی سلول ترموفوتونی(TPX)13 شکل 1‑9- فرآیندهای جذب جدید13 شکل 1‑10- نمایش مفهومی سلول های خورشیدی MEL، الف.باند میانی ب. چاه کوانتومی14 شکل 1‑11- نمایش مفهومی یک سلول خورشیدی با حامل داغ15 شکل 1‑12- نانوسیم های با پیوند شعاعی و محوری(به ترتیب)18 شکل 1‑13- انواع کاربرد نانوستون ها در سلول های خورشیدی19 شکل 1‑14- مقادیر ISC،VOC و بازده( به ترتیب از چپ به راست) سلول خورشیدی مبتنی بر نانوسیم بر حسب غلظت آلایش20 شکل 1‑15- ساختار نواری نانولوله کربن؛ الف) نیمه هادی(0و10)و ب) فلز(5و5)21 شکل 2‑1- ساختار نواری گرافن در نزدیکی نقاط دیراک 28 شکل 2‑2- وابستگی جرم سیکلوترون به چگالی حامل در گرافن[53].مقادیر مثبت و منفی n به ترتیب به چگالی الکترون و حفره اشاره دارند.30 شکل 2‑3- مسیر آزاد میانگین(الف) و موبیلیتی حاملها(ب) در یک نمونه گرافن معلق، قبل(آبی) و بعد(قرمز) از بازپخت؛ و مقایسه ی آن با حالت بالیستیک(خط چین)[56]32 شکل 2‑4- اثر میدان آمبایپلار در گرافن33 شکل 2‑5- استفاده از اثر میدان آمبایپلار در یک آشکار ساز pin34 شکل 2‑6- نانونوارهای آرمچر(الف) و زیگزاگ(ب) 37 شکل 2‑7- وابستگی عرض نانونوارهای آرمچر به عرض 37 شکل 4‑1- فلوچارت کلی شبیه سازی51 شکل 4‑2- فلوچارت روش NEGF (با جزییات)52 شکل 4‑3- سلول یکه و پارامترهای مورد نیاز A-GNR نمونه برای استفاده در مدل تنگ-بست53 شکل 4‑4- ارتباط میان نمایش در فضای حقیقی و فضای مود[73]55 شکل 4‑5- نمایش اثر اتصالات بر کانال در نمایش های فضای حقیقی و مود[73]58 شکل 5‑1- پروفایل پتانسیل در حالت تاریکی62 شکل 5‑2- منحنی جریان - ولتاژ در دو حالت : بدون تابش(آبی) و با وجود تابش نور (قرمز)62 شکل 5‑3- منحنی توان سلول خورشیدی و تطابق آن با منحنی جریان-ولتاژ62 شکل 5‑4- مشخصه های مهم سلول خورشیدی شبیه سازی شده63 فصل 1- مقدمه1-1- پیشگفتارانرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین می‌باشد. این انرژی به صورت مستقیم و غیرمستقیم میتواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد[[i]]. به طور کلی انرژی متصاعد شده از خورشید در حدود 3.8e23 کیلووات در ثانیه می‌باشد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی می‌باشد. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایرانو پراکندگی روستاهای کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد[1]. با توجه به استانداردهای بین‌المللیاگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳.۵کیلووات ساعت در مترمربع باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. این در حالی است که در بسیاری قسمتهای ایران، انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸کیلووات ساعتبر مترمربع اندازهگیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵کیلو واتساعت بر مترمربع است[1]. جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |
