بررسی تأثیر برانگیختگی پلاسمون سطحی در به دام اندازی نور، توسط نانو ساختارهای فلزی در سلول خورشیدی

فرایند جذب نور در سلول های خورشیدی یکی از عوامل موثر در بهبود عملکرد سلول های خورشیدی است. سلول های خورشیدی لایه ی نازک سیلیکونی در ناحیه ی مرئی، جذب پایینی دارد. با استفاده از آرایه ای از نانو ساختارهای فلزی روی نیمه رساناهایی مانند سیلیکون یا ژرمانیوم، میزان جذب نور را، به مقدار قابل توجهی در این لایه ها بالا برده می شود. نانو ساختارهای فلزی به جهت قابلیت آنها در تحریک پلاسمون ها (نوسانات جمعی الکترون های آزاد) مورد توجه قرار گرفته اند. پلاسمون ها، اموج الکترومغناطیسی سطحی هستند که میدان آن ها به شدت به سطح محدود است و به همین دلیل شدت میدان روی مرز زیاد می باشد در نتیجه با برانگیزش پلاسمون های سطحی، میدان در مجاورت سیلیکون به شدت تقویت شده و بدین ترتیب جذب نور در لایه سیلیکون افزایش قابل توجهی پیدا می کند. در این پایان نامه شبیه سازی انتشار امواج الکترو مغناطیسی و ساختار طراحی شده در دو بعد با مبنای روش تفاضل محدود در حوزه زمان، انجام شده است. با قرار دادن نانو ساختارهای مثلثی بر روی لایه نیمه هادی و تاباندن نور، با قطبش tm به ساختار، ضریب جذب افزایش می یابد. برای انتخاب بهترین ساختار، نانوساختار فلزی را در ابعاد فضایی، اشکال هندسی و جنس های متفاوت، بر روی لایه نازکی از نیمه رسانا قرار می دهیم و میزان جذب آنها را مقایسه کرده و ساختار بهینه را معرفی می کنیم. در این شبیه سازی ها ساختارهایی به دست آوردیم که میزان جذب سیلیکون بدون آرایه فلزی را ازحدود 18% به حدود 98% و برای ژرمانیوم تا 96% افزایش می دهد.