X
تبلیغات
پابان نامه شبیه¬سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی

دانلود پایان نامه با فرمت ورد

پابان نامه شبیه¬سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی

دانشگاه شاهد

دانشکده فنی و مهندسی

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق-الکترونیک

عنوان:

 شبیه­ سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)

استاد راهنما:

دکتر کامیار ثقفی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فهرست جدول‌ها………………………… ‌د

فهرست شکل‌‌ها………………………… ‌ه

فصل 1- مقدمه…………………………1

1-1-  پیشگفتار………………………… 1

1-2-    تاریخچه ی سلول های خورشیدی………………………….. 1

1-3-    انواع سلول های خورشیدی………………………….. 2

1-3-1- نسل اوّل سلول های خورشیدی (سلول های کریستالی سیلیکون)……… 2

1-3-1-1-  فرآیند رشد کریستال های نیمه هادی ها………………………… 2

1-3-1-2-سلول های خورشیدی کریستالی سیلیکونی………………………….. 4

1-3-2-  نسل دوم سلول های خورشیدی (سلول های لایه نازک)………………………… 4

1-3-2-1-  سلول های خورشیدی لایه نازک سیلیکون………………………….. 5

1-3-2-2-  سلول های خورشیدی لایه نازک کلکوپریت…………………………… 5

1-3-2-3-  سلول های خورشیدی لایه نازک کادمیم تلوراید…………………………. 6

1-3-2-4-  سلول های خورشیدی لایه نازک ارگانیک…………………………… 7

1-3-3-  نسل سوم سلول های خورشیدی………………………….. 8

1-3-3-1-  سلول های خورشیدی با پیوند چندگانه…………………………. 9

1-3-3-2-  سلول های خورشیدی با  طیف های ورودی چندگانه…………………. 12

1-3-3-2-1- سلول ترموفوتوولتی …………………………12

1-3-3-2-2- سلول ترموفوتونی  ………………………… 12

1-3-3-3-  سلول های خورشیدی با مسیرهای جذب چندگانه………………………. 13

1-3-3-4-  سلول های خورشیدی با سطوح انرژی چندگانه……………………….. 14

1-3-3-5-  سلول های خورشیدی با دماهای چندگانه…………………… 14

1-3-4-     سلول های خورشیدی نانوساختار ……………………….15

1-3-5-     استفاده از نانوسیم ها در سلول های خورشیدی……………….. 15

1-3-5-1-  معرفی نانوسیم…………………….15

1-3-5-2-  ویژگی های الکتریکی و نوری نانوسیم………………………. 16

1-3-5-3-  سلول های خورشیدی مبتنی بر نانوسیم………………. 17

1-3-6-      استفاده از نانولوله در سلول های خورشیدی………….. 20

1-3-6-1-   معرفی نانولوله ………………………. 20

1-3-6-2-   ویژگی های الکتریکی و نوری نانولوله ها………………… 21

1-3-6-3-   سلول های خورشیدی مبتنی بر نانولوله…………………… 22

1-4-    استفاده از گرافن در سلول های خورشیدی……………………. 25

1-5-    ساختار پایان نامه…………………………. 25

فصل 2-   گرافن: ویژگی ها، کاربردها و روش های ساخت…………… 26

2-1-    مقدمه…………………………26

2-2-    ویژگی های گرافن………………………….. 26

2-2-1-     ساختار اتمی گرافن………………………….. 26

2-2-2-     ویژگی های الکتریکی والکترونیکی گرافن………………………….. 27

2-2-2-1-  کریستال دو بعدی………………………… 27

2-2-2-2-  ساختار نواری مخروطی………………………….. 27

2-2-2-3-  روش های ویژه جهت ایجاد گاف انرژی………………………….. 29

2-2-2-4-  وابستگی جرم سیکلوترون به جذر چگالی حامل……………….. 29

2-2-2-5-  حامل های بار بدون جرم (فرمیونهای دیراک)……………………… 30

2-2-2-6-   حداقل رسانایی غیر صفر…………………………. 31

2-2-2-7-  ترابرد بالیستیک …………………………31

2-2-2-8-  اثر هال کوانتومی غیر معمول و پدیده ی فاز بری………………. 33

2-2-2-9-  اثر میدان آمبایپلار ( آلایش الکتروستاتیک )………………………… 33

2-2-3-     ویژگی های نوری گرافن………………………….. 34

2-3-    روش های ساخت گرافن………………………….. 35

2-4-     نانو نوارهای گرافن………………………….. 36

فصل 3-   روش تابع گرین غیرتعادلی و کاربرد آن در شبیه سازی ادوات نیمه هادی…… 39

3-1-    مقدمه …………………………39

3-2-    مفهوم ریاضی تابع گرین………………………….. 39

3-3-    روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)………………………… 41

3-3-1-     مفاهیم مقدماتی………………………….. 41

3-3-2-     استفاده از NEGF برای شبیه سازی ترابرد بالیستیک(بدون تلفات)……………… 44

3-3-3-     استفاده از روش NEGF در شبیه سازی ترابرد غیر بالیستیک(تلفاتی) ……………46

3-3-3-1-  درهمکنش الکترون- الکترون………………………….. 46

3-3-3-2-  درهمکنش های الکترون- فونون و الکترون-فوتون………………………….. 47

3-3-4-     پایه های نمایش در روش NEGF (فضای واقعی و فضای مود)…………… 49

فصل 4-   روش شبیه سازی………………………….. 50

4-1-    مقدمه…………………………50

4-2-    فلوچارت کامل شبیه سازی………………………….. 50

4-3-    تشکیل همیلتونین………………………….. 52

4-3-1-     همیلتونین در فضای حقیقی………………………….. 53

4-3-2-     تبدیل همیلتونین به نمایش در فضای مود…………………………. 54

4-4-    خود-انرژی ناشی از اتصالات…………………………… 57

4-5-    خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون………………………….. 58

4-6-    چالش های محاسباتی در شبیه سازی عددی………………………….. 59

4-7-    راه حل های ممکن جهت عبور از چالش های محاسباتی…………….. 60

فصل 5-   نتایج شبیه سازی………………………….. 61

5-1-    مقدمه………………………… 61

5-2-    نتایج شبیه سازی………………………….. 61

فصل 6-   پیشنهادات…………………………… 64

6-1      بررسی و مطالعه ی دقیق بر روی راه حل های شبیه سازی عددی سلول های خورشیدی نانوساختار با استفاده از روش NEGF  و بهره بردن از تکنیک های تسریع محاسبات از جمله برنامه نویسی موازی به منظور دست یابی به نتایج قابل قبول علمی…….64

6-2      شبیه سازی سلول خورشیدی مبتنی بر گرافن با استفاده از ساختار ابر-شبکه (به روشه ای مختلف)………..64

6-3       طراحی مدل جدیدی از IB-QD-SC با استفاده از ساختار ابر شبکه گرافن………………………….. 64

6-4      شبیه سازی سلول های خورشیدی و آشکارسازهای نوری پلاسمونیک با استفاده از گرافن و طلا (با کمک Comsol)……………..64

6-5      طراحی سلول خورشیدی با جذب نور بسیار بالا به وسیله ی گرافن چند لایه به همراه لایه های میانی شفاف (مثلا H-BN)…………64

فهرست مراجع………………………….. 65

چکیده:

ما در این پایان ­نامه، برای اولین بار از نانو نوار گرافن به عنوان لایه­­ی فعال یک سلول خورشیدی استفاده نموده­ایم. برای شبیه­سازی این سلول از روش تابع گرین غیرتعادلی در فضای مود بهره برده و­ محاسبه­ی اثر درهمکنش­های الکترون-فوتون به وسیله­ی تقریب خود سامان­ ده بورن صورت گرفته ­است. برای بالا بردن سرعت شبیه­سازی، پروفایل پتانسیل به دست آمده در حالت تاریکی را برای شبیه ­سازی­های تحت تابش به­کار برده­ و بدین ترتیب از حل مجدد معادله­ی پواسون به صورت کوپل با معادله­ی شرودینگر پرهیز نموده­ایم. علاوه­براین در محاسبه خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون تقریب محلی(قطری) را به کار برده­ ایم.

فصل اول: مقدمه

1-1- پیشگفتار

انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین می‌باشد. این انرژی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می­تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد[[i]].

به طور کلی انرژی متصاعد شده از خورشید در حدود  3.8e23 کیلووات در ثانیه می‌باشد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی می‌باشد. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و پراکندگی روستاهای کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهم­ترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل­های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد[1].

با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳.۵ کیلووات ساعت در مترمربع باشد استفاده از مدل­های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. این در حالی است که در بسیاری قسمت­های ایران، انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلووات ساعت بر مترمربع اندازه­گیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است[1].

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.

+ نوشته شده در دوشنبه ۴ مرداد ۱۳۹۵ساعت ۱۸:۳۴ توسط مدیر سایت علی جوادی دسته : نظر(0)