صفحه اصلی | ان آر تی سی | صفحه اصلی<

09392522438  
   EN | FA
دوشنبه, 22 مهر 1398 ساعت 20:04

فعالیت در حوزه سلول های خورشیدی

 

 

 

Solarcell DFT 

 

 مدل سازی خواص سلول های خورشیدی  در تئوری تابعی چگالیDFT

 

به منظور شناسایی مواد جدید برای ساخت نسل های جدید سلول های خورشیدی مانند سلول های خورشیدی پروسکایتی، اورگانیک و ... لزوم بررسی خواص ساختارهای مختلف به جد لازم است. در این بین با توجه به کار سلول های خورشیدی در طیف نور مرئی، هر ماده ای را نمی توان برای کار به عنوان ماده ی جاذب نور در این ادوات به کار برد. از این رو محاسبات ابتدا به ساکن می تواند پیش بینی های بسیار دقیقی در طراحی مواد جدید برای استفاده در سلول های خورشیدی در اختیار ما بگذارد.

در تئوری تابعی چگالی (DFT) امکان بررسی خواص مختلف مواد مورد استفاده در سلول های خورشیدی فراهم می باشد که در زیر بصورت خلاصه قید شده است:

    • طیف های اپتیکی در رنج نور مرئی
    • پایداری ساختار در دمای کار ماده
    • انرژی بستگی اکسیتون های تشکیل شده پس از جذب فوتون فرودی
    • تاثیر زیرلایه بر خواص ماده ی جاذب
    • تاثیر لایه ی محافظتی بر خواص ماده ی جاذب

Solarcell DFT

 

 

در این حوزه ی محاسباتی، می توان پروژه های کارشناسی ارشد و دکتری بسیاری را در رشته های شیمی، فیزیک، برق و مهندسی مواد تعریف کرد. در نرم افزارهای محاسباتی ای مانند Quantum ESPRESSO امکان محاسبه ی دقیق این پارامترها وجود داشته و نرم افزارهای جانبی دیگری نیز برای آنالیز های بیشتر و بدست آوردن نتایجی دقیق تر به منظور انتشار مقالات علمی در ژورنال های معتبر فراهم است.

نمونه مقالاتی که در این حوزه منتشر شده اند:

 

 

  • Dunlap-Shohl, Wiley A., Trey B. Daunis, Xiaoming Wang, Jian Wang, Boya Zhang, Diego Barrera, Yanfa Yan, Julia WP Hsu, and David B. Mitzi. "Room-temperature fabrication of a delafossite CuCrO 2 hole transport layer for perovskite solar cells." Journal of Materials Chemistry A 6, no. 2 (2018): 469-477.
  • Parras, J. P., A. R. Genreith-Schriever, H. Zhang, M. T. Elm, T. Norby, and R. A. De Souza. "Is ReO 3 a mixed ionic–electronic conductor? A DFT study of defect formation and migration in a B VI O 3 perovskite-type oxide." Physical Chemistry Chemical Physics 20, no. 12 (2018): 8008-8015.
  • Liu, Xixia, Nengduo Zhang, Baoshan Tang, Mengsha Li, Yong-Wei Zhang, Zhi Gen Yu, and Hao Gong. "Highly stable new organic–inorganic hybrid 3D perovskite CH3NH3PdI3 and 2D perovskite (CH3NH3) 3Pd2I7: DFT analysis, synthesis, structure, transition behavior, and physical properties." The journal of physical chemistry letters 9, no. 19 (2018): 5862-5872.

 

 

 

 

منتشرشده در مقاله

نسل جدید سلول های خورشیدی، پروسکایت ها : توان تبدیل انرژی خورشیدی (PCE) نقش زیادی در تولید الکتریسیته در آینده  دارد. سلول‌های خورشیدی پروسکایتی یکی از مهم‌ترین انواع سلول‌های خورشیدی هستند که توسط آنها می‌توان انرژی خورشیدی ارزانتری را  تولید کرد، پس باید به دنبال افزایش بازده در تبدیل انرژی این سلولهای خورشیدی باشیم.
بازده بالا در تبدیل انرژی سلولهای خورشیدی پروسکایتی، به علت جذب قوی نور و برانگیختگیهای مرزی ضعیف آنها می باشد. با افزایش اندازه ی بلور و بهبود کیفیت بلوری هسته ها و لایه ی سطحی ارتقا داده شده، به بازده بالای 18% در توان تبدیل انرژی خورشیدی در این نوع سلول های خورشیدی رسیده اند. با روش Hot-Casting که بر محلول انجام می شود و با افزایش دمای زیرلایه تا c◦ 190 و به هنگام استفاده از محلولهایی با نقطه ی جوش بالا مانند N-دی متیل فرمالید (DMF) و N-متیل-2-پیرولیدون (NMP)، اندازه‌ی هسته به طرز قابل توجهی افزایش می یابد (1 تا 2 میلیمتر). رشد بلور با افزایش اندازه‌ی هسته دو مزیت اساسی دارد: 1) کاهش فاصله‌ی بین نواحی به علت هسته‌های بزرگ بر اختلال‌های باری چیره شده و پسماندی وجود نخواهد داشت. 2) هسته های بزرگتر در حالت بالک نقصان کمتر و تحرک بالاتری دارند که به حامل های تولید نور اجازه‌ی انتشار در طول مجموعه بدون برخوردهای مکرر به ناخالصی ها را می‌دهد (1).
عملکرد قابل توجه فوتوولتائیکی پروسکایت های هیبریدی به طول عمر بلند حامل‌های آنها و تاثیر بالای فوتولومینانس نسبت داده شده است. شرایط رشد پروسکایت و عملیات لایه نشانی تا حد زیادی مورفولوژی لایه، طول عمر حامل ها  و عملکرد دستگاه را تغییر می دهد (2).
همچنین برای جذب بهتر نور در پروسکایت‌ها، از نانوبلورها استفاده می‌شود. نانوبلورهای پروسکایت متیل آمونیوم یدید سرب CH3NH3)PbI3) به کار رفته در سلول‌های خورشیدی مزوسکوپیک،  به عنوان جاذب های نوری تعریف می شوند. لایه نشانی این ذرات بر روی لایه‌های نازک و متخلخل TiO2، تمام رنگهای نور مرئی را جذب کرده و منجر به افزایش چگالی نور در لایه‌های نازک با ضخامت زیرمیکرون می‌شود و PCE تا 9/7% افزایش می‌یابد (3).
علاوه بر آن، لایه نشانی نانو ذرات Al2O3 چارچوبی با ساختار سوپرمزو (MSSC) تشکیل می‌دهند. با نازک‌تر شدن این لایه‌ی متخلخل، یک لایه‌ی نازک جامد و جاذب تشکیل می شود. این پروسکایت جاذب در دمای پایین (کمتر از c◦ 150) علاوه بر افزایش بهره‌ی PCE تا 9/1%، از پراکندگی بار و انتقال هر دو نوع حامل (الکترون‌ها و حفره‌ها) با بهره‌ی نزدیک به 100% حمایت می‌کند. در نهایت با بهینه‌سازی ضخامت لایه‌ی Al2O3 در دمای پایین در سلولهای خورشیدی پروسکایتی با ساختار سوپرمزو، بازده بالای 12/3%  حاصل می‌شود (4). همچنین می‌توان لایه‌ی پروسکایت CH3NH3)PbI3) را با درجه‌ی خلوص بالا، بین دو لایه‌ی خیلی نازک که از مولکول‌های آلی تشکیل شده قرار داد. این مواد آلی با فرایندهای مبتنی بر محلول لایه نشانی می شوند. این مجموعه‌ی ساده، عاری از اکسید فلز و فراوری شده در دمای اتاق، بازده بالای 12% را در mwcm-2 100 می‌دهد (5).

 

[1] Nie, Wanyi, et al. “High-efficiency solution-processed perovskite solar cells with millimeter-scale grains.” Science 347.6221 (2015): 522-525.
[2] Vorpahl, Sarah M., et al. “Impact of microstructure on local carrier lifetime in perovskite solar cells.” Science 348.6235 (2015): 683-686.
[3] Kim, Hui-Seon, et al. “Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%.” Scientific reports 2 (2012).
[4] Ball, James M., et al. “Low-temperature processed meso-superstructured to thin-film perovskite solar cells.” Energy & Environmental Science 6.6 (2013): 1739-1743.
[5] Malinkiewicz, Olga, et al. “Perovskite solar cells employing organic charge-transport layers.” Nature Photonics 8.2 (2014): 128-132.

 

 

 

 

منتشرشده در اخبار علمی

7 روز هفته، 24 ساعته پاسخگوی شما هستیم

social 16social 13social 09 social 05