در این پایان نامه سلول های خورشیدی حساس شده به نقاط کوانتومی cdse بر پایه نانومیله zno شبیه سازی شده است. قطر نقاط کوانتومی بین 3 تا 5 نانومتر فرض شده و با در نظر گرفتن تابع گوسی برای توزیع اندازه، تابع دی الکتریک موثر با استفاده از نرم افزارهای nextnano و matlab محاسبه شده است. از نانوذره نقره با قطر بین 10 تا 20 نانومتر برای افزایش جذب نقطه کوانتومی با استفاده از مکانیزم تشدید پلاسمون محلی استفاده شده است. در ابتدا به صورت تک ذره ای شبیه سازی ها انجام شده است. دیده می شود که فاصله نانوذرات نقره از نقاط کوانتومی روی میزان افزایش جذب موثر است، به طوری که در فاصله 40 نانومتر بین نقطه کوانتومی با قطر 4 نانومتر و نانوذره نقره به قطر 10 نانومتر، میدان پلاسمونی تحریک شده به نقطه کوانتومی نفوذ نمی کند و افزایش جذبی حاصل نمی شود. در مرحله ی دوم ساختار لایه نقاط کوانتومی که روی زیر لایه zno قرار گرفته و روی آن نانوذرات نقره پوشانده است، بررسی شد. دیده می شود که به ازای یک دوره تناوب خاص که کوپلینگ پلاسمونی با طول موج تشدید پلاسمونی یکی می شود، بیشترین افزایش جذب در نقاط کوانتومی اتفاق می افتد. این فاصله برای نانوذرات با قطر 10 و 20 نانومتر، به ترتیب 5 و 15 نانومتر است. در نهایت میله های حساس شده به نقاط کوانتومی شبیه سازی شده و تاثیرات مختلف روی طیف جذبی بررسی شده است. مشاهده می شود که با حساس سازی توسط نانوذرات میزان جذب، افزایش خواهد یافت. شبیه سازی های قسمت نوری با استفاده از نرم افزار lumerical fdtd solution انجام شده است. در انتها با بررسی مکانیزیم انتقال الکترون در نانومیله های zno، ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه مدار محاسبه شده و نمودار جریان- ولتاژ برای سلول استخراج شده است. برای حالتی که نانوذرات نقره به ساختار اضافه شده اند، به ازای 20درصد افزایش جذب در ساختار، چگالی جریان به اندازه 05/0 میلی آمپر بر سانتی متر مربع افزایش یافته است.

در این پایان نامه به بررسی و شبیه سازی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو سیم های zno حساس شده به نقاط کوانتومی cdse پرداخته ایم. ابتدا تابع دی الکتریک نقاط کوانتومی و نانوذرات فلزی وابسته به ابعاد آن ها بدست آمده است. سپس با استفاده از مدل ماکسول گارنت اصلاح شده، تابع دی الکتریک موثر ساختار محاسبه شده و اثر درصد نقاط کوانتومی و نانو ذرات فلزی و میزان پهن شدگی غیر همگن آن ها بر تابع دی الکتریک موثر مورد مطالعه قرار گرفته است. با افزایش درصد نقاط کوانتومی تابع دی الکتریک موثر بهبود یافته و شیفت قرمز پیدا می کند. اما با افزایش میزان پهن شدگی غیر همگن نقاط کوانتومی دامنه ی تابع دی الکتریک کاهش یافته و پهن تر می شود. با استفاده از روش تفاضل محدود حوزه زمان به شبیه سازی طیف جذب نوری فتوآند سلول پرداخته شده است. استفاده از تابع دی الکتریک موثر حجم و زمان شبیه سازی ها را کاهش می دهد. همچنین با بررسی های انجام شده مشاهده می شود که حضور نانو ذرات فلزی طلا و نقره در ساختار می تواند موجب بهبود پلاسمونی طیف جذب سلول شود که حالت بهینه به ازای کاربرد %2.5ag-%7.5au حاصل شده است. علاوه بر این اثر قطبش و زاویه ی نور فرودی، فاصله ، جنس و ابعاد نانوسیم ها بر طیف جذب بررسی شده است. استفاده از نانو سیم های اکسید تیتانیم (tio2) به جای اکسید روی (zno) منجر به افزایش دامنه ی جذب سلول می شود البته موبیلیتی الکترون در tio2 پایین تر از zno است. این ساختارها با توجه به تقارنی که دارند نسبت به تغییرات قطبش نور فرودی (از پایین در راستای z) حساس نیستند. علاوه بر این با استفاده از مدل مارکوس به محاسبه ی نرخ انتقال الکترون از نقاط کوانتومی cdse به نانوسیم های zno پرداخته و درصد الکترون انتقالی از نقاط کوانتومی cdse به نانو سیم های zno برابر با 25% بدست آمده است. در نهایت با وارد کردن طیف جذب و درصد الکترون تزریقی از نقاط کوانتومی به نانو سیم ها در معادلات نفوذ، منحنی ولتاژ- جریان سلول رسم شده است. با کاهش فاصله-ی نانوسیم ها چگالی جریان اتصال کوتاه سلول افزایش می یابد.

هدف این پایان¬نامه، بررسی ساختارهای فراماده و دستیابی به ساختاری نوین با خاصیت فراماده¬ای برای استفاده در جاذب نوری است. در این راستا، ابتدا ساختارهای فراماده¬ای بررسی کرده و بر اساس دو مشخصه بنیادین یعنی گذردهی¬الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی مواد تشکیل دهنده ی ساختار فراماده آن را تحلیل می کنیم. سپس اصول فیزیکی نانوساختارهایی که خاصیت فراماده¬ای آن ها در حوزه ی نور¬مرئی بروز می کند، بررسی و تحلیل می شود. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل پیش گفته و بهره گیری از اطلاعات مربوط به نانوساختارهای فراماده¬ای موجود، نانو¬ساختار جدیدی برای استفاده در جاذب فراماده¬ای با جذب مطلوب طراحی و ارائه می شود. با بررسی و تحلیل طیف جذبی و با کمک تئوری محیط موثر به آنالیز ضریب شکست، پلاسمون¬های سطحی پرداخته خواهد شد. از ویژگی های این نانوساختار می¬توان به جذب حدود صددرصدی دو رزونانسی در حوزه فرکانس¬های نوری و طراحی جاذب نوری پهن¬باند به کمک چنین نانوساختاری با جذب فراتر از 80 درصد در پهنای باند وسیع در حوزه فرکانس نوری اشاره کرد. نتایج نشان می¬دهد که ساختار طراحی شده نسبت به ساختارهای موجود در پیک¬های رزونانسی دارای مقدار جذب بزرگتر خواهند بود.