مطالعه عددی و بررسی خواص سلول خورشیدی پلیمری

امروزه سلول های فتوولتائیک برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی یکی از جذاب ترین موضوعات تحقیقاتی می باشد. یکی از انواع این سلول ها، سلول های خورشیدی آلی می باشد. سلول های فتوولتائیک آلی را می توان هم با استفاده از مولکول های کوچک و هم با استفاده از مواد پلیمری ساخت. در این تحقیق، نوعی از سلول های خورشیدی آلی که با استفاده از پلیمرها تهیه می شوند بررسی می شود. سلول های خورشیدی پلیمری به دلیل انعطاف پذیری مکانیکی، آسانی فرایند ساخت، هزینه پایین و نیز امکان تولید لایه های نازک در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. پلیمرهای مزدوج از نیمه هادی های مواد آلی هستند که در سلول های خورشیدی آلی به کار برده می شوند، به دلیل اینکه آنها دارای خصوصیات پایه مورد نیاز برای مکانیزم تبدیل انرژی تابشی به یک جریان الکتریکی هستند. در این پروژه تلاش می شود ساختارهای متفاوتی از سلول-های خورشیدی آلی شبیه سازی شود و نتایج آنها با هم مقایسه گردند. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار سیلواکو انجام می-شود. این نرم افزار با استفاده از روش المان محدود و معادلات پایه نیمه هادی به محاسبه عملکرد یک قطعه الکترونیک می-پردازد. برای شبیه سازی سه ساختار مختلف ناهمگن حجمی آلی فرض شده است. علت انتخاب این مواد، بازدهی مناسب آنها در موارد ساخته شده و رایج بودن آنها در آزمایشگاه های دانشگاه های ایران بود است. در همه این ساختارها نیمه هادی نوع n، ماده pcbm است و به عنوان نیمه هادی نوع p از موادی چون p3ht، meh-ppv و mdmo-ppv بهره برده-ایم. پس از شبیه سازی هر سه ساختار و بدست آوردن مشخصه های آنها مشاهده شد که ساختار ارائه شده با استفاده از نیمه-هادی p3ht، بازدهی قابل قبول13/2 از خود نشان می دهد که برای مواد آلی بازدهی مناسبی تلقی می شود. اما ساختار شبیه سازی شده با استفاده از meh-ppv بازدهی نزدیک به 1 از خود نشان می دهد که مقداری کم محسوب می شود. گران بودن ماده p3ht و بازدهی پایین ساختار، meh-ppvنسبت به ساختار mdmo-ppv موجب شد که ساختار اصلی این ماده انتخاب شود و تاثیرات پارامترهای مختلف مانند اثر شکاف باند، نفوذپذیری ، الکترون خواهی ، تغییرات دما و تحرک پذیری الکترون و حفره ها بر مشخصه جریان -ولتاژ و توان این سلول بررسی شود. در پایان نیز اثر تغییرات در تابع کار و اندازه الکترود آند بررسی شد که به نتایج مطلوبی رسید.