پایان نامه درباره
SWNT، افزایش، خورشیدی

پایان نامه درباره SWNT، افزایش، خورشیدی

ی مبتنی بر نانوسیم یکنواخت و عاری از نقص76 چالشهایی است در پیش روی این علاقهمندان قرار دارند[15].
1-3-5-3- سلولهای خورشیدی مبتنی بر نانوسیم
اساسا فرآیند تبدیل نور به الکتریسیه در سلولهای خورشیدی را میتوان به چهار مرحله تقسیم نمود[16]:
1- جذب نور77
2- تولید78 حاملهای بار( زوج الکترون- حفره79)
3- جداسازی80 حاملهای تولید شده
4- جمعآوری81 حاملها جدا شده در محل اتصالات82
با محاسبهی بازده هر یک از این مراحل و ضرب آنها در یکدیگر میتوان بازده تبدیل را به دست آورد. ساختارهای مبتنی بر نانوسیم، بهویژه آرایههای عمودی از نانوسیمها، امتیازات قابل توجهی در افزایش بازده همهی این مراحل ارائه میدهند[16].
سلولهای خورشیدی نانوسیم میتوانند به صورت تک- سیم83 یا آرایهای از نانوسیمها84، که معمولا به صورت عمودی قرار گرفته و به آنها نانوستون85 گفته میشود، مورد استفاده قرار بگیرند[16].
پیوندهای p/n در این سلولها ممکن است در جهت شعاعی86 یا محوری87 باشد برای سلولهای با پیوند محوری، اتصالات الکترودها در نواحی n و p قرار گرفته در حالی که اتصالات ساختار شعاعی، در بالا و پایین نانوسیم قرار میگیرد[16]، شکل ‏1-12.
درسال 1879 میلادی، لورد رایلی88 قاعدهای مبنی بر کاهش تدریجی ضریب شکست موثر89 برای جلوگیری از بازتاب نور ارائه کرد؛ وی نشان داد که ساختارهای غیرهمگن90 اساسا با تغییر تدریجی در ضریب شکست موجب پرهیز از به وجود آمدن مرز صریح91 میان رسانه92 و بستر93 میشوند. عملکرد یک لایه نانوسیم Si غیرمتناوب غیرهمگن را میتوان شبیه این مدل، به عنوان مجموعهای از فیلمهای نازک با اختلاف اندک ضریب شکست مدل نمود[16]. در این مدل اندازه94 و شکل ظاهری95 سیم نقش مهمی در دستیابی به بهترین جذب ایفا میکنند[16] .
شکل ‏1-12- نانوسیمهای با پیوند شعاعی و محوری(به ترتیب)
به عنوان مثال، گروه آقای کویی96 در دانشگاه استانفورد97 نشان دادهاند که آرایههای نانومخروط98 با کاهش تدریجی شعاع بر حرکت آرام ضریب شکست کمک کرده و بازتابش در آنها نسبت به آرایههای نانوسیم Si با شعاع یکنواخت99، کمتر است[16].
همان طور که گفته شد، علاوه بر شکل، طول نانوسیم نیز نقش مهمی در بهینهسازی جذب نور ایفا میکند؛ به طور کلی انتظار میرود که سیمهای بلندتر، به علت شیب کمتر ضریب شکست در مرز هوا و جامد، بهرهوری بیشتری در طول موجهای پایین داشته باشند. با این حال اثر طول نانوسیم بر جذب نور پیچیده است چرا که برای سیمهای بلندتر، پراکندگی نفوذی100 اهمیت یافته موجب بازتابش نفوذی101 میشود[16]. این امر هنگامی که طول موج با ابعاد فیزیکی سیم قابل مقایسه باشد، اهمیت ویژهای مییابد. مشکل دیگر نانوسیمهای بلند و باریک، کاهش تکانهی اینرسی102 و ثابت فنر103 است؛ نانوسیمهای بلندتر و باریکتر انعطافپذیری بیشتری داشته اجازه میدهند تا نیروهای واندروالس104 ساختار نانوسیمها را تغییر داده آنها را به خوشه105های ناخواستهای تبدیل کنند که نتیجهی آن افزایش بازتابش نفوذی و نیز باز-ترکیب حاملها خواهد بود[16].
شکل ‏1-13- انواع کاربرد نانوستونها در سلولهای خورشیدی
نانوستونها معمولا به یکی از صورتهای با پیوند شعاعی، با پیوند محوری و یا آرایههای جاگیرشده در فیلم نازک106 در سلولهای خورشیدی به کار برده میشون،شکل ‏1-13. هر یک از این ساختارها مزایا و نواقص خود را دارند. مثلا در ساختار متشکل از نانوستونهای جاگیرشده در فیلم نازک، مقطع پیوند افزایش قابل توجهی یافته ضمن آن که طول جمعآوری حاملهای اقلیت کاهش یافته است. از طرف دیگر نانوستونهای با پیوند شعاعی و محوری از یک ساختار سهبعدی بهره میگیرند که بازتابش نور از سطح را کاهش داده جذب را افزایش میدهد. با وجود این مزایا به نظر میرسد بتوان به سلولهایی بهتر از ساختارهای مسطح دست یافت؛ با این حال، افزایش سطح خارجی و مقطع پیوند موجب افزایش بازترکیب در سطح و محل پیوند خواهد شد. با توجه به این مفاهیم، تنها موادی که نرخ بازترکیب سطحی پایینی دارند، برای پیکربندیهای نانوستون مطلوب خواهند بود[17].
امروزه ساختارهای فوتوولتاییک مبتنی بر نانوسیمف به علت داشتن قابلیت کاهش هزینههای مصرفی در عیت حفظ بازده مطلوب و طول عمر قطعه، از محبوبیت زیادی برخوردارند[18]. در واقع استفاده از این مواد در سلولهای خورشیدی ظرفیت غلبه بر دو منبع مهم تلفات انرژی در سلولهای خورشیدی سنتی( بازتابش نور و سرد شدن حاملها) را فراهم میآورد[19].
با ارتقای کیفیت مواد، یعنی مثلا بهبود کریستال در پوستهی سلولهای هسته/ پوسته، انتظار میرود که بازده سلول افزایش یابد. یک راه دیگر برای افزایش بهرهوری سلولهای خورشیدی مبتنی بر نانوسیم میتواند کاهش یا حذف استفاده از طلا به عنوان کاتالیزر107 در فرآیند رشد بخار- مایع- جامد108 باشد. علاوه بر اینها، بهبود پسیویشن109 سطح نانوسیمها میتواند بازترکیب حاملها در تلههای سطح را کاهش دهد[18].
همچنین نشان داده شده است که،بهرهوری سلولهای خورشیدی نانوسیم، به صورت پیوسته با افزایش آلایش سیم افزایش خواهد یافت[20]، شکل ‏1-14.
شکل ‏1-14- مقادیر ISC،VOC و بازده( به ترتیب از چپ به راست) سلول خورشیدی مبتنی بر نانوسیم بر حسب غلظت آلایش
و نیز نشان داده شده است که به ازای مقادیر یکسان مساحت تحت تابش، ساختار نانوسیم 25% بازده تبدیل بالاتر دارد[20].
1-3-6- استفاده از نانولوله110 در سلولهای خورشیدی
1-3-6-1- معرفی نانولوله
نانولوله یکی از دگرشکلهای کربن است که دارای ظاهری استوانهای شکل بوده و اتم های کربن آن به صورت شش ضلعیهای منتظم، در پیوند با یکدیگر قرار گرفتهاند.
نانولوله را میتوان به صورت صفحهی گرافن لوله شده حول یک محور مشخص، که بسیاری از خواص نانولوله را تعیین میکند، در نظر گرفت. هر چند نانولولهها را میتوان به صورت فولرنهایی با طول زیاد هم در نظر گرفت، اما از آن جا که خواص آنها با استفاده از بردار و زاویهی کایرال یا بردارهای واحد مخصوص صفحهی گرافن بیان میشود، این نگاه مرسوم نیست.
نانولولهها را میتوان از نظر تعداد دیوارهها و نیز از نظر کایرالیته111 تقسیمبندی نمود. بدین ترتیب نانولولهها یا تکدیواره112 اند یا دودیواره113 و یا چنددیواره114. و از نظر کایرالیته، یا آرمچر115 اند یا زیگزاگ116 و یا کایرال117( نامتقارن).
برای بیان کایرالیتهی نانولوله از دو بردار یکهی صفحهی گرافن(m و n)که زاویهی بین آنها 60 درجه است، استفاده می شود. بدین ترتیب اگر در یک نانولوله m = n باشد، بدان آرمچر، اگر یکی از m و n صفر باشند، زیگزاگ و در غیر این صورت کایرال گفته میشود.
1-3-6-2- ویژگیهای الکتریکی و نوری نانولولهها
یکی از جالبترین ویژگیهای نانولولههای کربن، وابستگی شدید خواص فیزیکی به ساختار هندسی آن است. بر این اساس، نشان داده شده است که نانولولههای آرمچر همگی فلز(هادی) و نانولولههای زیگزاگ همگی نیمههادی اند. ساختار نواری دو نمونه از این نیمههادیها در شکل ‏1-15 نمایش داده شده است.
شکل ‏1-15- ساختار نواری نانولوله کربن؛ الف) نیمه هادی(0و10)و ب) فلز(5و5)
در شکل بالا انرژی همپوشانی پیوند کربن- کربن در گرافن و ثابت شبکهی گرافن است.
در نانولولههای نیمههادی، گاف انرژی متناسب با عکس قطر لوله است:
(‏1-1)
که در این رابطه d بر حسب نانومتر بوده و Eg بر حسب الکترون- ولت به دست خواهد آمد[21].
این ویژگی جالب نانولولههای کربن، یعنی کنترل Eg با استفاده از قطر لوله، آنها را شایستهی استفاده در بسیاری از کاربردهای نوری میسازد.
1-3-6-3- سلولهای خورشیدی مبتنی بر نانولوله
برخی از کاربردهای نانولولههای کربن که در سالهای اخیر مطرح شدهاند، در جدول ‏1-2 آمده است. همان طور که مشاهد میشود در بیشتر این مقالات به دلیل شفافیت و رسانایی نانولولهها، از آنها به عنوان الکترود استفاده شده است.
جدول ‏1-2- کاربرد نانولولههای کربن در سلولهای خورشیدی
ردیف
نوع نانولوله
نوع سلول
نقش CNT
توضیحات
مرجع
1
SWNT
ارگانیک
(پلیمر- فولرن)
الکترود شفاف
– نسبت به حالتی که از ITO استفاده شود، بازده بهتری دارد.
تحت تابش 100 mw/cm2 :
ISC = 6.5 mA/cm2 و FF=0.3 و بازده 1%
22
2
SWNT
ارگانیک
(پلیمر- فولرن)
الکترود
نشان داده شده است که SWNT/Plastic بهتر از ITO/Plastic عمل میکند.
23
3
SWNT
ارگانیک
(اکسایتونیک)
الکترود شفاف
بدون استفاده از ITO و PEDOT ساخته شده که میتواند گام بزرگی در دستیابی به سلول خورشیدی کاملا چاپی محسوب شود.
24
4
SWNT
رنگدانهای
الکترود کانتر
استفاده از CNTهای با قطرهای متفاوت به عنوان الکترود کانتر بررسی شده و مشخص شده است که نانولولههای با قطر بیشتر، از نظر واکنش اکسایش/ کاهش و نیز بازده، عملکرد بهتری دارند.
25
5
SWNT
کادمیم تلوراید
اتصال شفاف عقب118
در اینجا شبکهای از نانولولهها جایگزین اکسیدهای TCO شده است.
بازده این سلول 12.4% بدست آمده است.
26
6
SWNT
حساس شده با نقاط کوانتومی119
(CdS/TiO2)
الکترود شافا
استفاده از SWVNT/ITO موجب افزایش ISC(تحت تابش)و کاهش بازترکیب(در شرایط تاریکی) شده میتواند 50% بازده را افزایش دهد.
27
7
SWNT
رنگدانهای
به عنوان آلایش P3HT
این کار میتواند ISC را 4 برابر و بازده را 3 برابر کند.
28
8
SWNT
ارگانیک
(BHJOSC)
لایهی فعال
بازده را افزایش داده است.
29
9
SWNT
هیبرید
(ارگانیک/ غیر ارگانیک)
از اجزا نانوکمپوزیت
به بازده 10% دست یافته است.
30
10
SWNT
ارگانیک
الکترود شفاف
به جای ITO و نیز لایهی انتقال حفره(HTL) استفاده شده است که منجر به ISC= 11.2mA/cm2 و بازده 2.65% شده است.
31
11
SWNT
ارگانیک
به عنوان آلایش برای P3HT
بازده نسبت به حالتی که تنها از P3HT استفاده شده بود، افزایش یافته است.
32
12
SWNT
هیبرید
(SWNT- پلیمر- Si)
به عنوان نیمه هادی نوع n بر روی بستر Si (نیمههادی نوع p)

33
13
SWNT
رنگدانهای
الکترود کانتر
از چسب120 CNT به عنوان الکترود استفاده شده است.
34
14
SWNT
هیبرید
(GaAs – نانوسیم- CNT)
بستر سلول
بازده : 0.32%
35
15
SWNT
سد شاتکی
الکترود نیمه شفاف
برای ایجاد پیوند شاتکی از نانولوله بر روی سیلیکون آمورف استفاده شده است.
36
16
SWNT
هیبرید
(SWNT:B/n-Si)
نیمههادی نوع p
SWNT از طریق بازپخت حرارتی121 در محیط B2O3 آلاییده شده است. در این سلول میتوان گفت پیوند ناهمگون122 نقش میدان جدا کنندهی حاملها را دارد.
37
17
SWNT
رنگدانهای
الکترود شفاف
در این سلول SWNT با استفاده از اکسید تیتانیوم123 اصلاح شده است تا عملکرد بهتری از نظر واکنشهای اکسایش/ کاهش 124 داشته باشد.
38
18
SWNT
فلز- عایق- نیمههادی125
فلز
در این سلول Si نقش نیمههادی و SiO2 نقش عایق را دارد.
بازده: 10%
39
19
SWNT
ارگانیک
(BHJOSC)
اصلاح کنندهی لایهی فعال و لایهی HTL
بازده سلول 40% ارتقا یافته است.
40
20
SWNT
سد شاتکی
(SWNT/Si)
فلز

41
21
DWNT
هیبرید
(P3HT/n-Si)
اصلاح کنندهی لایهی پلیمر
0.446 V VOC = ، ISC = 0.3398 mA/cm2، FF = 0.17 و بازده: 0.026%
استفاده از DWNT موجب افزایش بارده شده است.
42
22
DWNT و MWNT
هیبرید
(CNT/n-Si)
نیمههادی نوع p
این سلول منحصر به فرد که عملکرد فوتوولتی آن به فشار هم وابستگی دارد میتواند به عنوان سلول خورشیدی یا حسگر فشار126 و یا حسگر فوتوولتی فشار به کار رود.
43
23
MWNT
ارگانیک
اصلاح کنندهی الکترود
توزیع یکنواخت کم تراکم MWNT در لایهی دهندهی سلول خورشیدی، میتواند ابزار موثری جهت کاهش مقاومت سری127،بدون افزایش مقاومت

مطلب مرتبط :   پایان نامه رایگان درمورددوسوگرا، وجود رابطه، وجود رابط
برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید

دیدگاهتان را بنویسید

Close Menu