%37تخفیف

دانلود پروژه:شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)

تعداد 78 صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir
فایل ناب

دانشکده فني و مهندسي

کارشناسي ارشد مهندسي برق-الکترونيک

 شبیه­سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)

چکيده

ما در این پایان­نامه، برای اولین بار از نانو نوار گرافن به عنوان لایه­­ی فعال یک سلول خورشیدی استفاده نموده­ایم. برای شبیه­سازی این سلول از روش تابع گرین غیرتعادلی در فضای مود بهره برده و­ محاسبه­ی اثر درهمکنش­های الکترون-فوتون به وسیله­ی تقریب خود-سامان­ده بورن صورت گرفته ­است. برای بالا بردن سرعت شبیه­سازی، پروفایل پتانسیل به دست آمده در حالت تاریکی را برای شبیه­سازی­های تحت تابش به­کار برده­ و بدین ترتیب از حل مجدد معادله­ی پواسون به صورت کوپل با معادله­ی شرودینگر پرهیز نموده­ایم. علاوه­براین در محاسبه­ی خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون تقریب محلی(قطری) را به کار برده­ایم.

کليد واژه­ ها: سلول خورشیدی، نانو نوار گرافن ، شبیه ­سازی عددی، روش تابع گرین غیر تعادلی(NEGF).

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                               صفحه

فهرست جدول‌ها ‌د

فهرست شکل‌‌ها ‌ه

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 شکل‌‌ها

عنوان                                                                                                                               صفحه

شکل ‏1‑1-  نمونه ای از یک سلول خورشیدی لایه نازک… 4

شکل ‏1‑2- سلول خورشیدی لایه نازک سیلیکون با چند پیوند. 5

شکل ‏1‑3- ساختار متداول یک سلول خورشیدی CuInSe2 6

شکل ‏1‑4- ساختار مرسوم سلول خورشیدی لایه نازک CdTe 7

شکل ‏1‑5- تقسیم طیف خورشید به سه ناحیه ی مختلف برای جذب توسط سلول خورشیدی با سه پیوند پشته ای.. 10

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 آل  11

شکل ‏1‑7- نمایش مفهومی سلول ترموفوتوولتی(TPV) 12

شکل ‏1‑8- نمایش مفهومی سلول ترموفوتونی(TPX) 13

شکل ‏1‑9- فرآیندهای جذب جدید. 13

شکل ‏1‑10- نمایش مفهومی سلول های خورشیدی MEL، الف.باند میانی ب. چاه کوانتومی.. 14

شکل ‏1‑11- نمایش مفهومی یک سلول خورشیدی با حامل داغ. 15

شکل ‏1‑12- نانوسیم های با پیوند شعاعی و محوری(به ترتیب) 18

شکل ‏1‑13- انواع کاربرد نانوستون ها در سلول های خورشیدی.. 19

شکل ‏1‑14- مقادیر ISC،VOC و بازده( به ترتیب از چپ به راست) سلول خورشیدی مبتنی بر نانوسیم بر حسب غلظت آلایش…. 20

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 گرافن.. 33

شکل ‏2‑5- استفاده از اثر میدان آمبایپلار در یک آشکار ساز pin 34

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 سازی.. 51

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-بست… 53

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 تاریکی.. 62

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-ولتاژ 62

شکل ‏5‑4- مشخصه های مهم سلول خورشیدی شبیه سازی شده 63

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo