بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک سلول خورشیدی از نوع را مورد بررسی قرار دادهایم. در ساختار قطعه از یک لایه نانولوله های کربنی تکلایه به ضخامت یک میکرومتر در نمای بالای سلول استفاده شده است. سلول را در دو حالت در زمان عدم حضور و در هنگام حضور شبکه لایه نانولوله شبیهسازی نمودهایم. مدلسازی سلول از پهنای500 m شروع و تا 4500 m ادامه می یابد که در تمامی موارد پهنای الکترودهای آند ثابت است. نتایج حاصل از شبیه سازی، عملکرد بهینه نانولولههای کربنی تک لایه در منحنی ولتاژ و توان ماکزیمم و مشخصه جریان - ولتاژ سلول را نمایش میدهد.
واژههای کلیدی: سلول خورشیدی GaAs، نانولولههای کربنی تکلایه، ولتاژ و توان ماکزیمم سلول خورشیدی، تولید نوری،
مقدمه
به دلیل افزایش روز افزون مصرف انرژی و محدود و تجدید ناپذیر بودن منابع انرژی فسیلی و از طرف دیگر افزایش میزان دی اکسید کربن موجود در جو که در نتیجه مصرف سوختهای فسیلی میباشد، ضرورت چارهاندیشی برای تامین انرژی از منابع دیگر انرژی الزامی میباشد. بیشترین انرژی تجدید پذیر به صورت مستقیم و یا غیرمستقیم از خورشید به دست میآید. یکی از راههای بهره بردن از این انرژی پاک، استفاده از سلول های فتوولتائیک میباشد. یکی از حوضه های تاثیر گذار که در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است استفاده از نانولولههای کربنی تک لایه در زمینه سلولهای خورشیدی میباشد.
نانولوله های کربنی تکلایه استوانه هایی با ابعاد قطر نانومتری میباشند که از یک صفحه گرافن رول شده برای تشکیل لوله ساخته شدهاند. از زمان کشف آنها توسط ایجیما در سال 1991 همواره تحقیقات بسیاری در خواص الکتریکی این مواد و کاربردهایشان در الکترونیک صورت گرفته است. آزمایشات و تئوریها نشان دادهاند که این لوله ها میتوانند هم دارای خواص فلز و نیمه هادی باشند و خواص الکتریکی آنها می تواند یک رقیبی برای فلزات و نیمه هادیهای شناخته شده باشد .
این مواد به علت فراهم نمودن شرایط انتقال بالستیک الکترونها ناشی از پراش پایین در ماده میتوانند یک شبکه با مقاومت پایین و باندهای اتمی قوی را فراهم آورند . از دیگر خواص ها میتوان به قابلیت نورگذران بودن آنها اشاره کرد. به علت اینکه لولهها یک شبکه هادی در مقیاس نانو میباشند، مقدار زیادی از نور تابشی به منافذ موجود در سرتاسر شبکه نفوذ کرده و از آن عبور میکند. این مواد در زمینههای گسترده مورد توجه قرار گرفتهاند که مهمترین آنها بحث فتوولتائیک در سلولهای خورشیدی میباشد.
از مهمترین مواردی که می تواند منحنی جریان - ولتاژ یک سلول خورشیدی را تحت تاثیر قرار دهد ماکزیمم ولتاژ خروجی سلول می باشد که به تبع آن نیز بازدهی سلول متاثر از این تغییرات میشود.در این مقاله یک سلول خورشیدی از نوع ALxGa1-xAs/GaAs شبیه سازی شده و سپس منحنی ماکزیمم ولتاژ و توان خروجی و مشخصه جریان- ولتاژ را بدون استفاده از نانولولههای کربنی و با حضور آن در ساختار قطعه به دست آوردهایم. نتایج حاصل عملکرد مثبت SWCNT ها در مشخصات بیان شده را به نمایش می گذارد.
مشخصات شبکه نانولوله
در این بخش به بررسی مشخصات لایه نانولوله به کار رفته در سلول و ساختار کلی سلول GaAs مورد نظر میپردازیم. ها بر اساس زاویه پیچش به دور خود به سه گونه دسته صندلی، زیگزاگ و کایرال تقسیم بندی می شوند . در حالت کلی این سه دسته دارای ویژگیهایی میباشند که در مجموع یک سوم حالات فلزی و دو سوم نیمه هادی هستند. نانولوله های کربنی تک لایه پتانسیل بالایی برای شدت جریان های بالا در نرخ بالاتر از - 108 1010 - A / cm2 دارند که دو تا سه برابر بیشتر از فلز مس می باشد.
دلیل این امر، متوسط مسافت آزاد CNT می باشد که در محدوده میکرومتر است در حالی که این عدد در فلز مس در محدوده 40 نانومتر قرار دارد. متوسط مسافت آزاد اجازه انتقال بالستیک در میان نانولوله را میدهد. انتقال بالستیک منجر به کاهش مقاومت و تشکیل باندهای اتمی قوی میشود که یک تلرانس برای مهاجرت الکتریکی در ماده فراهم میکند. با توجه به اینکه فرایند مهاجرت الکتریکی در نانولوله بر خلاف فلزات که از یک موقعیت به موقعیت دیگر حرکت میکنند، در امتداد نانولوله، روی سطح و بدون پراش صورت میگیرد در نتیجه مقاومت نانولوله نسبت به مس کاهش قابل توجهی را نشان میدهد.
در دماهای محدود، شکاف انرژی نانولوله صفر است. این بدان معنی است که انرژی کمی مورد نیاز میباشد تا الکترون را به باند هدایت تحریک کند. شدت حالتها در هر طول سلول واحد در میان محور نانولوله به صورت رابطه بیان می شود . که در این رابطه، a ثابت شبکه لایه گرافن و t انرژی فصل مشترک نزدیکترین اتصال محکم کربن - کربن میباشد. مدل ارائه شده در این مقاله بر مبنای شبکهای ناهمگن از SWCNT ها میباشد که در تحقیقات اخیر به دست آمده است. شبکه از یک توزیع تصادفی از نانولولههای فلزی و نیمه هادی تشکیل میگردد. به علت اینکه نانولولههای فلزی به شدت هادی میباشند در خواص الکتریکی لایه CNT غالب هستند.
رسانایی و مقاومت صفحهای این شبکه ناهمگن توسط مدل تحلیل و نتایج شبیه سازی به دست می آید . این مدل به عنوان سطحی از توزیع تصادفی به شناسایی فلوی بار در یک شبکه CNT کمک میکند. در این مدل یک سطح دو بعدی به صورت تصادفی با قطعات نانولولههای هادی و نیمه هادی که دارای جهت های تصادفی می باشند آمیخته شدند. در جاهایی که شبکه چگالی بالاتری از نانولوله ها را شامل میشود، رسانایی شبکه بالاتر میباشد. دو نمونه از شبیه سازی این مدل نشان داده شده است.
