Modeling of nanoparticles solar cell structure by using finite difference time domain method (FDTD)
Other Title(s)
نمذجة لبنية خلايا شمسية تحوي جسيمات نانوية باستخدام طريقة الفرق المحدد المعتمد على الزمن
Dissertant
Thesis advisor
University
Islamic University
Faculty
Faculty of Science
Department
Department of Physics
University Country
Palestine (Gaza Strip)
Degree
Master
Degree Date
2019
Arabic Abstract
تعتبر الخلايا الشمسية المعتمدة على جسيمات نانوية تكنولوجيا جديدة و تصنف بأنها الجيل الثالث في تكنولوجيا الخلايا الشمسية.
جسيمات الناتو المولدة للبلازمون هي طريقة لزيادة كفاءة الخلية الشمسية، حيث تزيد من امتصاص الضوء داخل الخلية الشمسية المصممة.
العلاقات بين إن أهداف هذا البحث هي تحليل نظري لخلية شمسية تحتوي جسيمات نانوية باستخدام طريقة الفرق المحدد المعتمد على الزمن و ذلك باستخدام برنامج حاسوبي المحاكاة نموذج الخلية الشمسية و رسم المتغيرات و تحليل النتائج للحصول على أعلى امتصاص و أقل انعكاس و تم استخدام شرطين حديين، الأول ( Perfectly Matched Layer PML ) و هو يستخدم لتقليل انعكاس الموجات داخل منطقة المحاكاة لاعطاء نتائج اكثر دقة، و الشرط الحدي الثاني هو Periodic boundary condition.
و تم توضيح طريقتين prism and grating coupling لحدوث بالتزمون السطح مما يؤدي لتحسين أداء الخلية الشمسية.
الخلية الشمسية موضوع الدراسة تحتوي على 4 طبقات مرتبة كالتالي : جسيمات نانوية معدنية ( ألمنيوم أو فضة أو ذهب)، أكسيد قصدير الأنديوم ( ITO )، سيليكون ( 51- ( A، زجاج( SiO2 ) ، و عندما تكون جسيمات النانو أعلى الطبقات يطرأ تحسن على كفاءة الخلية الشمسية.
و تم تسجيل النتائج بناء على تغيير الحجم الذي تشغله جسيمات النانو في الطبقة العليا، و تظهر النتائج أن جسيمات نانو الألمنيوم تعطي أفضل امتصاص و بالتالي ترفع من كفاءة الخلية الشمسية مقارنة بجسيمات نانو الفضة و الذهب.
الغرض من هذا العمل موجه نحو تطوير تكنولوجيا التصنيع الضوئي و البنى الاصطناعية للإلكترونيات البصرية، من خلال دراسة التناظرية بين النظم الكمية و الكلاسيكية في الوقت الحاضر، تهتم جهود البحث بالأجهزة المتناهية في الصغر التي تستخدم طبقة أو عدة طبقات من المعادن أو مواد أشباه الموصلات، و التي تم تصنيعها بواسطة التقنيات المستخدمة لإنتاج البنية البصرية.
في هذا البحث، قمنا بتوسيع الأعمال السابقة حول مفهوم التناظر بين الأوسط اليسارية الضوئية و الكمية لإظهار أن الانتقال ممكنا للإلكترون الباليستي.
تم تنفيذ النهج المذكور أعلاه من خلال تصميم الهياكل البصرية و الميزوسكوبية بنفس النفاذية في ثلاث طبقات ضوئية تحتوي مادة يسارية لها ꜫ < 0¸ ⴞ < 0 و بين حاجز كمي بكتلة اصطناعية سالبة < 0 E – V ) <0 ¸) لقد تم التحقق من إمكانية تصميم الوسائط ضوئية متعددة الطبقات من مواد يسارية متناظرة مع وسائط كمية ميزوسكوبية عن طريق إجراء مقارنة بين معادلة ماكسويل التي تصف انتشار الضوء و معادلة شرودنغر التي تصف خاصية الموجة الإلكترونية.
تم استخدام النماذج التحليلية و الرياضية كمصفوفة النقل، و تم حساب خصائص النفاذ بتغير كتلة الإلكترون الفعالة و توضيحها لمتغيرات فيزيائية مختلفة من البنية المخططة المقترحة باستخدام برنامج المابل الحاسوبي 18.
English Abstract
Nanoparticles solar cell is a new technology which considered to be the third generation of the photovoltaic technology.
Plasmonic nanoparticles are under investigation as a method for increasing solar cell efficiency by forcing lighter to be absorbed by the solar cell model.
The objectives of this thesis are a theoretical analysis for nanoparticles solar cell structure by using Finite Difference Time Domain (FDTD) method and Lumerical FDTD solution software to simulate the solar cell structure.
The periodic boundary condition (PBC) and perfectly matched layer (PML) boundary condition are then introduced to prevent waves reflection from boundaries of the computational domain and get more accurate results.There are two methods, prism and grating coupling for exciting a surface plasmon to enhance solar cell absorption.
The structure of this thesis consists of four-layered, metal nanoparticles (Ag, Al, Au), indium tin oxide (ITO), amorphous silicon (A-si) which is active layer (absorbing material), and substrate (SiO2) respectively.
By adding the nanoparticles upper layers, the performance of the solar cell was improved.
Nanoparticles layer are formed by varying the volume fraction (f) of the nanoparticles in the host medium from 0.10 to 0.40.
The results showed that aluminum (Al) nanoparticles strongly enhance absorption at volume fraction (f=0.40) comparing with silver (Ag) and gold (Au) nanoparticles.
Main Subjects
Topics
No. of Pages
80
Table of Contents
Table of contents.
Abstract.
Abstract in Arabic.
Chapter One : Introduction.
Chapter Two : Computational electromagnetics.
Chapter Three : Plasmonic thin film solar cell (sc).
Chapter Four : Plasmonic nanoparticle solar cell.
Chapter Five : Conclusion.
References.
American Psychological Association (APA)
Nassar, Salah Ahmad Muhammad. (2019). Modeling of nanoparticles solar cell structure by using finite difference time domain method (FDTD). (Master's theses Theses and Dissertations Master). Islamic University, Palestine (Gaza Strip)
https://search.emarefa.net/detail/BIM-902571
Modern Language Association (MLA)
Nassar, Salah Ahmad Muhammad. Modeling of nanoparticles solar cell structure by using finite difference time domain method (FDTD). (Master's theses Theses and Dissertations Master). Islamic University. (2019).
https://search.emarefa.net/detail/BIM-902571
American Medical Association (AMA)
Nassar, Salah Ahmad Muhammad. (2019). Modeling of nanoparticles solar cell structure by using finite difference time domain method (FDTD). (Master's theses Theses and Dissertations Master). Islamic University, Palestine (Gaza Strip)
https://search.emarefa.net/detail/BIM-902571
Language
English
Data Type
Arab Theses
Record ID
BIM-902571
