Mathematical modeling of negative index waveguide solar cells
Other Title(s)
محاكاة رياضية للخلايا الشمسية المحتوية على المواد ذات معامل الانكسار السالب
Dissertant
Safi, Shaban Abd al-Rahim Husayn
Thesis advisor
University
Islamic University
Faculty
Faculty of Science
Department
Department of Physics
University Country
Palestine (Gaza Strip)
Degree
Master
Degree Date
2018
Arabic Abstract
تعتبر المواد اليسارية ( LHMS ) من المواد الاصطناعية الجديدة الخارقة للعادة، حيث تتميز بأن قيمة كلا من معاملي النفاذية الكهربية ( £) والمغناطيسية ( µ ) لها تكون سالبة، ويطلق على هذه المواد أيضا : ( NIMs ) ) أو MTMS ) ) حديثا و منذ العقدين السابقين زاد الاهتمام بمثل هذه المواد لتوظيفها في مختلف التطبيقات، و لكن في الوقت الحالي تم بالفعل استخدامها في تصميم و تصنيع الخلايا الشمسية عالية الكفاءة.
الطاقة الشمسية هي عبارة عن الاشعة التي تصل الينا من الشمس، حيث أن الشمس تنتج يوميا كميات هائلة من الطاقة، تقوم الخلايا الشمسية ( الخلايا الكهروضوئية ) بتحويل هذه الطاقة الضوئية الى طاقة كهربية بشكل مباشر، هذه الخلايا تتكون من طبقات رقيقة من مواد مختلفة، وعادة تستخدم مادة السليكون لهذا الغرض.
الأدلة الموجية ( Waveguides) هي عبارة عن مواد لها خصائص مشابهة للخلية الضوئية، حيث تعمل على تحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء بواسطة التأثير الكهروضوئي.
لقد زاد اهتمام الباحثين بكيفية تقليل نسبة الاشعة المنعكسة من سطح الأدلة الموجية ( Waveguides ) أو زيادة نسبة الاشعة النافذة خلالها لما لهذا من أثر كبير في زيادة كفاءة الخلية الشمسية نفسها.
و قد تم تصميم وتحليل الية عمل نوع جديد من الادلة الموجية للطيف الشمسي من أجل الاستفادة من الطاقة الشمسية الى اقصى حد ممكن.
في هذه الأطروحة تم تصميم هيكل طلاء مضادة للانعكاس ( ARC ) متعدد الطبقات، مصنوع من مواد خارقة ( NIMs )، باستخدام بعض الأساليب الرياضية و دراسته من الناحية النظرية.
كما تم دراسة أثار الطلاء المضاد للانعكاس ARC ) ) المحتوي على( NIMS ) في الأدلة الموجة المقترحة على أداء الخلية الشمسية نفسها.
الهدف الرئيسي لهذه الأطروحة هو دراسة و تصميم هيكل دليل موجي مضاد للانعكاس (ARC) يحتوي على مواد خارقة (NIMs) من أجل زيادة كفاءة الخلايا الشمسية، حيث تم استخدام المصفوفة البصرية (مصفوفتي الانعكاس و النفاذ في المحاكاة و الحسابات النظرية، و كذلك استخدام برنامج (Maple) للحصول على النتائج و الرسومات البيانية.
إننا نؤمن بإن هيكل الطلاء المضادة للانعكاس ( ARC ) متعدد الطبقات المقترح سيتيح الحصول على خلايا شمسية ذات كفاءة عالية في مجال تطبيقات الطاقة الشمسية.
English Abstract
Negative-refractive index materials (NIMs) or Metamaterials (MTMs) are novel artificial materials with simultaneously negative permittivity and permeability and usually called left-handed materials (LHMs).
During the last decades, much increasing attention has been paid to these materials for various applications but only recently, they have been implemented and applied to solar energy or solar cells.
Solar energy is energy coming from the sun.
Every day the sun radiates huge amount of energy.
Photovoltaic are solar cells that produce electricity directly from sunlight.
The solar cells are made of thin layers of material usually silicon.
Waveguides can have similar properties as photovoltaic cell and converting the energy of light directly into electricity by the photovoltaic effect.
The reduction in reflection or increasing the transmission from the surface of the waveguide has attracted many researchers due to their properties in solar energy.
New kind of waveguide for the solar spectrum has been designed and analyzed in order to utilize the solar energy more effectively.
Design of multi-layers antireflection coating made from metamaterials are investigated using some mathematical approaches.
Some waveguide structures containing metamaterials are proposed and investigated.
In this work, the effects of antireflection coating on the performance of NIMs in proposed waveguides are theoretically investigated.
The main goal is to find out and design new solar waveguide structure containing metamaterials in order to increase solar cell efficiency.
The optical matrix (transfer matrix and scattering matrix) approach is implemented in our simulation and computation.
The MAPLE software has been used.
We believe that the proposed waveguide will give high efficiency in solar energy applications.
Main Subjects
Topics
No. of Pages
121
Table of Contents
Table of contents.
Abstract.
Abstract in Arabic.
Chapter One : Introduction.
Chapter Two : Theoretical considerations.
Chapter Three : Propagation of plane electromagnetic waves.
Chapter Four : Negative index materials.
Chapter Five : Reflectance of stratified thin layers (Matrix Method).
Chapter Six : Double layers negative index materials (ARC) model.
Chapter Seven : Results and analysis.
References.
American Psychological Association (APA)
Safi, Shaban Abd al-Rahim Husayn. (2018). Mathematical modeling of negative index waveguide solar cells. (Master's theses Theses and Dissertations Master). Islamic University, Palestine (Gaza Strip)
https://search.emarefa.net/detail/BIM-902755
Modern Language Association (MLA)
Safi, Shaban Abd al-Rahim Husayn. Mathematical modeling of negative index waveguide solar cells. (Master's theses Theses and Dissertations Master). Islamic University. (2018).
https://search.emarefa.net/detail/BIM-902755
American Medical Association (AMA)
Safi, Shaban Abd al-Rahim Husayn. (2018). Mathematical modeling of negative index waveguide solar cells. (Master's theses Theses and Dissertations Master). Islamic University, Palestine (Gaza Strip)
https://search.emarefa.net/detail/BIM-902755
Language
English
Data Type
Arab Theses
Record ID
BIM-902755
