در تحقیقات اخیر سلول های خورشیدی آلی ‎(پلیمری)‎ نانوساختار به دلیل انعطاف پذیری، هزینه تولید کمتر، ساخت آسان تر در سطوح گسترده و آلودگی کمتر زیست محیطی بیشتر از سلول های معدنی مورد توجه قرار گرفته اند. افزایش بازدهی و نیمه عمر این نوع سلول ها دو پارامتر مهم برای کاربردهای تجربی هستند. در این پژوهش ابتدا با استفاده از شبیه سازی اپتیکی (نظریه ماتریس انتقال)، ضخامت بهینه ساختارهای سه لایه ای نانو ساختاری دی الکتریک/ فلز/ دی الکتریک با فلزات آلومینیوم، نقره، طلا و مس و با دی الکتریک روی سولفید تعیین شد. این ساختارهای سه لایه ای علاوه بر رسانندگی و عبور نوری بالا از پایداری شیمیایی و حرارتی مطلوبی برخوردار هستند. پس از یافتن ضخامت های بهینه، ساختارهای سه لایه ای ساخته و بازپخت شدند و با استفاده از نتایج پراش اشعه ایکس، تصویر میکروسکوپ الکترونی، طیف تراگسیل و مقاومت سطحی مورد تجزیه و تحلیل اپتیکی، الکتریکی و ساختاری قرار گرفتند. آنگاه ساختار بهینه جهت استفاده در آند سلول خورشیدی معرفی گردید. سپس، نقش و ضخامت بهینه اجزاء تشکیل دهنده سلولی با ساختار ‎ anode/pedot:pss/cupc(20 nm)/c60(40 nm)/bcp(7 nm)/cathode(100 nm) با محاسبه عبور، بازتاب، جذب، شدت میدان الکتریکی و آهنگ تولید اکسایتون مورد بحث و بررسی قرار گرفت و ضخامت بهینه هر لایه مشخص گردید. در این راستا ابتدا تأثیر کاتد با فلزات نقره، آلومینیوم، مس، طلا، کروم، کلسیم و ایندیم مورد بررسی و نتایج آن مورد تفسیر قرار گرفت. با استفاده از نتایج تجربی و شبیه سازی مشخص شد فلز مس خواص فیزیکی مشابهی با فلز نقره دارد. جهت بررسی تاثیر عوامل محیطی (اکسیژن و رطوبت) بر عمر سلول، زمان بهینه کپسول سازی برای دو کاتد آلومینیوم و مس تعیین شد. در ادامه با انتخاب فلز مس به عنوان کاتد و ماده ایتریم فلوراید به عنوان لایه کپسول کننده، تأثیر لایه های سدکننده اکسایتون (مانند‎(cupc,bcp,alq3,bphen,pbd,lif بر عملکرد و زمان عمر این نوع سلول (در طی پنج ماه) بررسی و با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج نشان داد که محافظت کاتد مس در مقابل نفوذ اکسیژن و رطوبت به داخل سلول نسبت به کاتدهای نقره و آلومینیوم بهتر است و با استفاده از لایه های بافر ‎ cupc ‎ و ‎ lif ‎ می توان نیمه عمر سلول را به بیش از سه ماه افزایش داد.

چکیده در فصل اول به معرفی و بررسی آینه های چندلایه های پرداخته ایم و تلاش کردیم تا خواننده با کاربردهای این ساختارها آشنا گردد و همچنین مواد مورد استفاده در ساخت این آینه ها را معرفی کردیم که از بین این مواد پلیمرها از اهمیت بسزایی برخوردار هستند. ویژگی های اصلی دو پلیمری که در این پایان نامه بکار گرفته شده را بیان می کنیم. در قسمت بعدی این فصل با آگاهی به این واقعیت که لایه نازک ما تهیه گردیده است به مطالعه ی روش های مختلف بررسی لایه نازک می پردازیم. روش هایی همچون sem و پراش اشعه ی ایکس (xrd) را بررسی و چگونگی کارکرد آن ها را مورد بررسی قرار می دهیم. در فصل دوم تلاش ما بر این است تا با مباحث ریاضی کار آشنا شویم و روابط حاکم بر نتایج یک آزمایش لایه نشانی را مورد تحقیق و بررسی قرار دهیم. در این فصل بیشتر تمرکز خود را بر روی مباحث محاسباتی آزمایشگاه لایه نشانی قرار می دهیم و با استفاده از شرایط مرزی ناشی از معادلات ماکسول، روابط حاکم بر را نظریه انتقالی تابش الکترومغناطیسی در لایه نازک و مبانی آینه های چندلایه ای را معرفی می کنیم و در پایان این فصل به طور خلاصه مشخصه هایی از نرم افزارmacleod را معرفی می کنیم. در فصل سوم روش های مختلف تعیین ضخامت لایه نازک و همچنین ثابت های اپتیکی را معرفی می کنیم. از بین روش های ذکر شده، روش پوش از اهمیت بسزایی برخوردار است که در سال های اخیر پژوهش هایی مبنی بر کاهش خطا در این روش انجام شده است. در بخش های بعد این فصل به روش های بیضی سنجی و روش چامبلیرون اشاره می کنیم و در فصل چهارم به بررسی روش انجام آزمایش که شامل تهیه ی محلول پلیمری، شستشو و آماده سازی زیرلایه ها می پردازیم و در بخش بعدی این فصل به معرفی و بررسی اصول عملی لایه نشانی چرخشی پرداخته و سعی کردیم تا خواننده با اصول لایه نشانی آشنا گردد و سپس جزئیات فراوان مراحل گوناگون انجام یک لایه نشانی چرخشی را شرح دادیم و همچنین روش ساخت تک لایه و آینه های چندلایه ای با جزئیات کامل مورد بحث قرار دادیم و همچنین دستگاه های مورد استفاده را معرفی کردیم و در نهایت در فصل پنجم ثابت های اپتیکی لایه نازک pvk را محاسبه و اثرات سرعت چرخش و بازپخت را روی آن بررسی می کنیم و همچنین ثابت های اپتیکی لایه های نازک را با استفاده از نرم افزار پوما محاسبه می کنیم. در بخش بعد طراحی چندلایه ای های متقارن و نامتقارن را با استفاده از نرم افزار macleod انجام داده و طیف عبوری و انعکاسی آن ها را بررسی می کنیم و در پایان خواص نانوساختاری لایه های نازک را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم.

افزایش مصرف انرژی و بالا رفتن هزینه آن در جهان، جستجوی گزینه های جدید انرژی را ایجاب می کند. انرژی خورشیدی یکی از در دسترس ترین و پاکترین منابع است. در سالهای اخیر نیمرساناهای آلی به دلیل مزایای گوناگونی از قبیل سنتز کم هزینه و آسان و انعطاف پذیر بودن مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پایانامه، ابتدا سلولهای خورشیدی معرفی، سپس سلولهای خورشیدی معدنی و آلی و سازوکار ترابرد جریان الکتریکی در آنها مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این مدلهای موجود برای دست یابی به مشخصه جریان - ولتاژ سلولهای خورشیدی، پارامترهای این مدلها و مشخصه تجربی جریان - ولتاژ آنها مورد بحث قرار گرفته است. همچنین چند روش ریاضی مربوط به این مدلها برای محاسبه این پارامترها ارائه شده و در ادامه این روشها را برای یک نمونه سلول خورشیدی معدنی و شش نمونه آلی به کار می بریم. در محاسبات ما ساختار اصلی نمونه های آلی بصورت ito/pedot:pss/cupc/c 60/buffer layer/cu انتخاب شده است. نتایج ما برای نمودار برازش شده با استفاده از نتایج محاسبات برای روش تحلیلی پنج نقطه، روش بهینه سازی رسانایی با استفاده از تابع لامبرت، و روش تکرار، با مشخصه تجربی جریان - ولتاژ نمونه ها توافق خوبی را نشان می دهد. در روش تحلیلی پنج نقطه از توان بیشینه، ولتاژ مدارباز، جریان اتصال کوتاه و شیب منحنی در این دو نقطه استفاده می شود. در روش بهینه سازی رسانایی از مشتق جریان نسبت به ولتاژ مشخصه جریان - ولتاژ تجربی استفاده می شود. پارامترهای محاسبه شده نظیر جریان نوری، مقاومتهای سری و موازی، فاکتور ایده آل و جریان اشباع معکوس می باشند. همچنین با استفاده از این روشها، تأثیر وجود لایه بافر در تعیین پارامترهای فوق بررسی می نماییم. نتایج ما نشان می دهد که بدون لایه بافر، سلول خورشیدی دارای پایین ترین بازده و بالاترین مقاومت سری در مدار و نمونه با لایه بافر bcp دارای بالاترین بازده و پایین ترین مقاومت در مدار سری می باشد.

در این پایان نامه، ابتدا نانوذرات cgs به روش سولوترمال شد و شرایط بهینه از نظر دمایی برای سنتز این نانوذرات به دست آمد. خواص نوری مختلف این نانوذرات از قبیل جذب نوری و خواص فوتولومینسانس آن ها اندازه گیری شد و با استفاده از طیف جذب انرژی گاف این نانوذرات محاسبه شده است. . پس از آن با استفاده از این نانوذرات و اضافه کردن یک مرحله به روش سنتز سولوترمال، نانوذرات cigs تهیه و خواص نوری آن ها نیز بررسی شد. تاثیر استفاده از ایندیوم فلزی و ایندیوم کلراید بر روی ساختار این نانوذرات مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که با استفاده از ایندیوم کلراید در مقایسه با ایندیوم فلزی می توان ساختاری همگن تر و تک فازی از cigs را بدست آورد. در آخر از این نانوذرات cigs استفاده شده و با استفاده از روش اسپین کوتر لایه نازک cigs برای استفاده در سلول های خورشیدی لایه نشانی شد. برای این لایه نشانی شرایط بهینه از قبیل زمان، غلظت محلول و سرعت لایه نشانی مورد بررسی قرار گرفت و سپس تاثیر پخت و سلنیوم دار کردن بر روی لایه مطالعه و خواص نوری مختلف آن اندازه گیری شد. در تمامی آزمایشات انجام شده طیف سنجی xrd وجود فازهای موردنظر را تایید کرده و نسبت مواد با استفاده از طیف-سنجی eds بدست آماده است. عکس های sem نیز نانوذره بودن مواد سنتز شده را تصدیق کرده است.

در این پژوهش به طراحی و شبیه سازی سلول های خورشیدی مبتنی بر گالیوم آرسناید و بررسی پارامترهای موثر در تعیین عملکرد سلول خورشیدی پرداخته شده است و بازدهی سلولهای خورشیدی مبتنی بر گالیم آرسناید و cigs با توجه به تغییر ضخامت و تراکم ناخالصی لایه‎ها و همچنین اثرات بازتاب سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. با بهینه‎سازی ضخامت لایه پنجره و تراکم ناخالصی ها، بازده بهینه حاصل می گردد در بخش نهایی، روشی ابتکاری جهت محاسبه متمرکزکننده عدسی اپتیکی شبه فرنل و ماژول ردیابی خورشیدی دومحوره اتوماتیک جهت افزایش بازدهی سلول خورشیدی و در عین حال استفاده از سلول خورشیدی با مساحت کمتر ارائه شده است.