طراحی و بهینه سازی سلول های خورشیدی باند پهن مبتنی بر پلیمر

چکیده: سلول های خورشیدی پلیمری بعد از سلول های خورشیدی سیلیکونی، جایگاه ویژه ای را در میان انواع دیگر سلول ها پیدا کرده اند. سلول های خورشیدی پلیمری به دلیل وزن کم، هزینه ساخت بسیار پایین و نیز انعطاف پذیری بالا بسیار مورد توجه هستند. بتدریج و با گسترش علوم در زمینه مواد و پلیمر انواع دیگر سلول های خورشیدی طراحی شده اند که با سنتز و بکاربردن این مواد، کارایی این تکنولوژی جدید به طور چشمگیری افزایش یافته است. در این پایان نامه، هدف، طراحی سلول های خورشیدی مبتنی بر پلیمر است که رنج گسترده ای از طیف خورشید را پوشش دهد. بیشتر سلول های خورشیدی پلیمری موجود، فقط در منطقه طیفی مرئی حساس به نور هستند. بنابراین از این سلول ها فقط در طول روز می توان استفاده کرد. اما طیف خورشید با تغییرات قابل توجهی از فرابنفش تا مادون قرمز گسترده شده است. از این خاصیت طیف خورشید می توان برای افزایش بازده سلول خورشیدی پلیمری استفاده کرد. به طوری که این سلول های جدید قادر به جذب نور مادون قرمز از طیف خورشیدی هستند که در این صورت از این سلول ها در شب با جذب گرمای محیط می توان استفاده کرد. لذا این جذب گسترده تر راهی برای افزایش بازده سلول خورشیدی محسوب می شود. افزایش بیشتر در بازده نیاز به جمع آوری موثرتر فوتون ها از منطقه مادون قرمز تا مرئی دارد. در این پایان نامه ابتدا، الگوریتم استفاده شده برای حل معادلات که الگوریتم fdtd می باشد، ساختار کلی طراحی شده برای شبیه سازی، مدل mim و معادلات آن برای بدست آوردن بازده تبدیل توان سلول معرفی شده اند. سپس سلول خورشیدی با زمینه پلیمری طراحی شد که در آن با استفاده از نانو ذرات، امکان جذب طیف گسترده ای از نور خورشید فراهم شده و از تکنیک های مناسبی برای بهبود راندمان تبدیل انرژی آن استفاده شد. برای رسیدن به این منظور سلول های خورشیدی پلیمری همراه با نانوذرات با شعاع های مختلف طراحی و شبیه سازی شد و طیف های جذب حاصل از شبیه سازی بررسی شدند. با بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی می توان دریافت که استفاده از نانوذرات فلزی در ناحیه فعال سلول های خورشیدی باعث افزایش خوبی در جذب و نیز گسترش طیف جذب به سمت طول موج های بلندتر شده اند و تغییر شعاع نانوذرات روی طیف جذب بسیار تأثیرگذار است.