موضوع :
شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی (NEGF)
فایل word قابل ویرایش
تعداد صفحات : 81
چکیده
ما در این پایان نامه، برای اولین بار از نانو نوار گرافن به عنوان لایهی فعال یک سلول خورشیدی استفاده نموده ایم. برای شبیه سازی این سلول از روش تابع گرین غیرتعادلی در فضای مود بهره برده و محاسبه ی اثر درهمکنش های الکترون- فوتون به وسیله ی تقریب خود - سامانده بورن صورت گرفته است. برای بالا بردن سرعت شبیه سازی، پروفایل پتانسیل به دست آمده در حالت تاریکی را برای شبیه سازیهای تحت تابش به کار برده و بدین ترتیب از حل مجدد معادله ی پواسون به صورت کوپل با معادله ی شرودینگر پرهیز نموده ایم. علاوهبراین در محاسبه ی خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون تقریب محلی(قطری) را به کار برده ایم.
کلید واژهها: سلول خورشیدی، نانو نوار گرافن ، شبیه سازی عددی، روش تابع گرین غیر تعادلی(NEGF).
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدول‌ها
فهرست شکل‌‌ها
فصل 1- مقدمه 1
1-1- پیشگفتار 1
1-2- تاریخچه ی سلول های خورشیدی 1
1-3- انواع سلول های خورشیدی 2
1-3-1- نسل اوّل سلول های خورشیدی (سلول های کریستالی سیلیکون) 2
1-3-1-1- فرآیند رشد کریستال های نیمه هادی ها 2
1-3-1-2- سلول های خورشیدی کریستالی سیلیکونی 4
1-3-2- نسل دوم سلول های خورشیدی (سلول های لایه نازک) 4
1-3-2-1- سلول های خورشیدی لایه نازک سیلیکون 5
1-3-2-2- سلول های خورشیدی لایه نازک کلکوپریت 5
1-3-2-3- سلول های خورشیدی لایه نازک کادمیم تلوراید 6
1-3-2-4- سلول های خورشیدی لایه نازک ارگانیک 7
1-3-3- نسل سوم سلول های خورشیدی 8
1-3-3-1- سلول های خورشیدی با پیوند چندگانه 9
1-3-3-2- سلول های خورشیدی با طیف های ورودی چندگانه 12
1-3-3-2-1- سلول ترموفوتوولتی 12
1-3-3-2-2- سلول ترموفوتونی 12
1-3-3-3- سلول های خورشیدی با مسیرهای جذب چندگانه 13
1-3-3-4- سلول های خورشیدی با سطوح انرژی چندگانه 14
1-3-3-5- سلول های خورشیدی با دماهای چندگانه 14
1-3-4- سلول های خورشیدی نانوساختار 15
1-3-5- استفاده از نانوسیم ها در سلول های خورشیدی 15
1-3-5-1- معرفی نانوسیم 15
1-3-5-2- ویژگی های الکتریکی و نوری نانوسیم 16
1-3-5-3- سلول های خورشیدی مبتنی بر نانوسیم 17
1-3-6- استفاده از نانولوله در سلول های خورشیدی 20
1-3-6-1- معرفی نانولوله 20
1-3-6-2- ویژگی های الکتریکی و نوری نانولوله ها 21
1-3-6-3- سلول های خورشیدی مبتنی بر نانولوله 22
1-4- استفاده از گرافن در سلول های خورشیدی 25
1-5- ساختار پایاننامه 25
فصل 2- گرافن: ویژگی ها، کاربردها و روش های ساخت 26
2-1- مقدمه 26
2-2- ویژگی های گرافن 26
2-2-1- ساختار اتمی گرافن 26
2-2-2- ویژگی های الکتریکی والکترونیکی گرافن 27
2-2-2-1- کریستال دو بعدی 27
2-2-2-2- ساختار نواری مخروطی 27
2-2-2-3- روش های ویژه جهت ایجاد گاف انرژی 29
2-2-2-4- وابستگی جرم سیکلوترون به جذر چگالی حامل 29
2-2-2-5- حامل های بار بدون جرم (فرمیونهای دیراک) 30
2-2-2-6- حداقل رسانایی غیر صفر 31
2-2-2-7- ترابرد بالیستیک 31
2-2-2-8- اثر هال کوانتومی غیر معمول و پدیده ی فاز بری 33
2-2-2-9- اثر میدان آمبایپلار ( آلایش الکتروستاتیک ) 33
2-2-3- ویژگی های نوری گرافن 34
2-3- روش های ساخت گرافن 35
2-4- نانو نوارهای گرافن 36
فصل 3- روش تابع گرین غیرتعادلی و کاربرد آن در شبیه سازی ادوات نیمه هادی 39
3-1- مقدمه 39
3-2- مفهوم ریاضی تابع گرین 39
3-3- روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF) 41
3-3-1- مفاهیم مقدماتی 41
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- الکترون 46
3-3-3-2- درهمکنش های الکترون- فونون و الکترون-فوتون 47
3-3-4- پایه های نمایش در روش NEGF (فضای واقعی و فضای مود) 49
فصل 4- روش شبیه سازی 50
4-1- مقدمه 50
4-2- فلوچارت کامل شبیه سازی 50
4-3- تشکیل همیلتونین 52
4-3-1- همیلتونین در فضای حقیقی 53
4-3-2- تبدیل همیلتونین به نمایش در فضای مود 54
4-4- خود-انرژی ناشی از اتصالات 57
4-5- خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون 58
4-6- چالش های محاسباتی در شبیه سازی عددی 59
4-7- راه حل های ممکن جهت عبور از چالش های محاسباتی 60
فصل 5- نتایج شبیه سازی 61
5-1- مقدمه 61
5-2- نتایج شبیه سازی 61
فصل 6- پیشنهادات 64
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 علمی 64
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 گرافن 64
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 مراجع 65
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 1 1- بازده سلول های خورشیدی با 1 تا 4 پیوند به ازای EGهای مختلف 11
جدول 1 2- کاربرد نانولوله های کربن در سلول های خورشیدی 22
جدول 2 1- موبیلیتی در نمونه های مختلف گرافن 31
فهرست مراجع
شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی (NEGF)
