فرمت: ورد و قابل ویرایش
تعداد صفحه: 100
رسته: مهندسی انرژی، مکانیک، مهندسی شیمی و سایر رشته های مرتبط
دارای فرمول ها و محاسبات مهندسی، دارای تصاویر، نمودار ها و جداول نامگذاری شده، دارای مقالات مرتبط، دارای فهرست مراجع لاتین
فهرست :
چکیده
مقدمه ای بر خواص اساسی نیمه رساناها
معرفی سلولهای خورشیدی و نسلهای مختلف آن
سلولهای خورشیدی متداول مبتنی بر پایه مواد نیمه رسانا
سلولهای خورشیدی مبتنی بر پایه مواد آلی شامل : سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ – سلولهای خورشیدی پلیمری
سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالی
سلولهای خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیر کریستالی آمورف
سلولهای خورشیدی لایه نازک GaAs
سلولهای خورشیدی بر پایه مواد آلی
سلولهای خورشیدی مبتنی بر کریستالهای مایع
سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
تاریخچه و معرفی سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
ساختار سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
سلولهای خورشیدی پلیمری
سلولهای خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی
سلولهای خورشیدی نقطه کوانتومی مبتنی نانو سیم
سلولهای خورشیدی نقطه کوانتومی مبتنی بر نانو ذرات
MEG
گزارش خبرها
مقالات به روز در مورد MEG
چکیده
فصل اول تنها مقدمه ای برای فصل دوم میباشد درواقع ما انساتها به دنبال انرژی بینهایت میگردیم و این موضوع ما را بر آن میدارد که در طبیعت جستجو کنیم در این پروژه به انرژی خورشیدی پرداخته شده البته تمام سلولهای خورشیدی را از ابتدا تا ریشه آن را مورد بررسی قرار دادیم اما به بحث اصلی یعنی تولید اکسیژنهای چندگانه به طور اختصاصی پرداخته ایم بازده سلولهای خورشیدی قبل از نقطه کوانتومی به زور به 30 درصد میرسید که این باعث میشد که مردم علاقه ی چندانی به استفاده از انرژی خورشیدی نداشته باشند ولی سلول معرفی شده در فصل دوم بازده ای از 300 درصد الی 400 درصد را داراست البته این پروژه فقط در سطح تئوری جواب داده و به مرحله عمل نرسیده است اما اگر به مرحله عمل برسد تحول شگرفی در عرصه انرژی خواهیم داشت.
مقدمه‌ای بر خواص اساسی نیمه رساناها
رشد مصرف جهانی انرژی در قرن اخیر و همراه با آن افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای، با آلودگی بیش از پیش محیط زیست و خسارات جبران ناپذیر برای منابع حیاتی همراه بوده است. به منظور کاهش اتکا جهانی به منابع طبیعی پایان پذیر و سوخت‌های مخرب محیط زیست، تلاش‌های علمی فراوانی برای کاهش هزینه‌های تولید انرژی از منابع تجدید پذیر صورت گرفته است. از جمله، تلاش برای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از نور خورشید، که با استفاده از خاصیت ذاتی نیمه رساناها انجام شده است. نخستین سلولهای خورشیدی بر پایه نیمه رساناها، که بازده آنها به بیش از %10 میرسید در سال‌های 1960-1950 ساخته شدند. هم اکنون %90-85 قطعات فوتوولتایی خورشیدی در سراسر جهان بر پایه قرص‌های نازک بلوری سیلیکون ساخته می‌شوند. امروزه استفاده از نیمه رساناها تحول عظیمی در صنایع اپتیکی و الکترونیکی بوجود آورده است. بررسی خواص اساسی نیمه رساناها مانند ساختار نواری و نیز توضیح پدیده‌هایی مانند اثر فوتوولتایی از اهداف این مقاله است.
مقدمه :
امروزه رشد اقتصادی کشورها وابسته به تأمین منابع انرژی است. در بیشتر کشورها این منابع شامل زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و همچنین انرژی هسته‌ای میباشد. با این وجود، استفاده از این منابع با چالش‌های مختلفی رو به رو است، از جمله پایان پذیر بودن منابع سوخت‌های فسیلی. بین سال‌های 2004 تا 2030میلادی، مصرف جهانی انرژی، سالانه با رشدی بیش از ٪50 تخمین زده می‌شود. افزایشی به همین نسبت در انتشار کربن دی اکسید حاصل از سوخت‌های فسیلی احتراقی، پیش بینی می‌شود. به منظور کم کردن اتکا جهانی به منابع طبیعی پایان پذیر و سوخت‌های مخرب محیط زیست، تلاش‌های علمی فراوانی برای کاهش هزینه‌های تولید انرژی از منابع تجدید پذیر، از قبیل: انرژی خورشیدی، آب، باد و غیره، صورت گرفته است. از آنجا که مجموعه بزرگی از پدیده‌های حالت جامد، شامل تبدیل انرژی از شکلی به شکل دیگر هستند، مطالعه تبدیل انرژی در مواد، با استفاده از قطعات حالت جامد، زمینه‌ای گسترده برای پیشرفت تکنولوژی انرژی‌های تجدید پذیر، خواهد بود
بسیاری از نیمه‌رساناها می‌توانند الکتریسیته را از نور خورشید تولید کنند. سلولهای فوتوولتایی، که اغلب سلولهای خورشیدی نامیده می‌شوند، از جمله قطعات حالت جامد هستند که بر اساس تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته، کار می‌کنند. از مزایای این روش تبدیل انرژی این است که، مواد غیر دوستدار محیط زیست تولید نمی‌کند و منبع نامحدودی از انرژی در اختیار ما قرار می‌دهد. متداول ترین و بهترین سلولهای خورشیدی توسعه یافته، از سیلیکون ساخته می‌شوند. از آنجا که سیلیکون %27.7 پوسته زمین را تشکیل می‌دهد، به نظر می‌رسد سلولهای خورشیدی سیلیکونی به طور بالقوه ارزان باشند، اما تبدیل سیلیکون به سلول خورشیدی، فرآیندی پرهزینه است که به الکتریسیته قابل توجهی نیاز دارد
طیف خورشید و فوتون‌ها :(Photons)
سؤال این است که نور خورشید چگونه توصیف می‌شود؟ مشاهده رنگ‌های طیف نشان می‌دهد که نور خورشید می‌تواند به رنگ‌های مختلفی تقسیم شود. همچنین، استفاده از خطوط موازی بسیار نزدیک، به عنوان توری پراش، نشان می‌دهد که رنگ‌ها می‌توانند با فاصله خطوط مرتبط باشند. بدین معنی که طول موجی مربوط به هر رنگ وجود دارد. از این رو نور یک موج الکترومغناطیسی است و می‌توان یک طول موج به آن نسبت داد. از سوی دیگر، با مشاهده پدیده‌هایی چون اثر فوتوالکتریک انشتین توضیح داد که نور به صورت بسته‌های کوچک انرژی حرکت می‌کند، که مانند ذره رفتار می‌کنند و فوتون نامیده می‌شوند. در شکل(1) طیف خورشیدی نشان داده شده است
در یک سلول خورشیدی، نیروی الکتریکی در نتیجه جذب فوتون، تولید جفت‌های الکترون- حفره (Electron-hole) و عبور آنها از یک ولتاژ، بوجود می‌آید. نیمه‌رساناها به طور ذاتی، یک انرژی جذب آستانه دارند که با آن ولتاژی که الکترون در نیمه‌رسانا می‌بیند، تعیین می‌شود. انرژی‌های فوتونی و جذب آستانه با واحد الکترون‌ولت داده می‌شود. برای مثال در شکلانرژی آستانه جذب برای سیلیکون 1.1eV است که مساوی با 1.1 میکرون میباشد. فوتون‌هایی با انرژی کمتر از 1.1eV جذب نمی‌شوند و انرژی خورشید با طول موج بزرگتر از 1.1 میکرون تلف می‌شود.
ناحیه خاکستری انرژی فوتونی قابل استفاده برای سلول خورشیدی سیلیکونی است
:خواص اساسی نیمه‌رساناها
برای وارد شدن به بحث سلولهای خورشیدی، درک برخی مفاهیم و خواص اساسی نیمه‌رساناها از اهمیت برخوردار است.
: ساختار نواری
الکترون‌های یک اتم منزوی، ترازهای انرژی مجزایی دارند. هنگامی که اتم‌ها، برای تشکیل بلور، به هم نزدیک می‌گردند، بایستی ترازهای انرژی از هم شکافته باشند، اما به دلیل برهم‌کنش اتمی، ترازها بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند، که منجر به یک نوار پیوسته انرژی می‌شود. دو نوار متمایز انرژی در نیمه‌رساناها وجود دارد. در دمای صفر کلوین، نوار پایین‌تر، که نوار ظرفیت نامیده می‌شود، پر از الکترون است(در دماهای متناهی این نوار می‌تواند با جابه‌جایی حالت‌های تهی، رسانایی را موجب شود). بار الکتریکی در یک جامد مانند یک سیال است و حالت‌های تهی مانند حباب در سیال رفتار می‌کنند، از این رو حفره نامیده می‌شوند. در نیمه‌رساناها نوار بالایی، تقریباً خالی از الکترون است و در بردارنده حالت‌های الکترونی برانگیخته است(الکترون‌ها از پیوند کووالانسی جایگزیده، به حالت‌های گسترده در بدنه بلور می‌روند). چنین الکترون‌هایی، با به کارگیری یک میدان الکتریکی شتاب می‌گیرند و در شار جریان شرکت می‌کنند، بدین جهت این نوار، نوار رسانش نامیده می‌شود. اختلاف انرژی دو نوار، گاف نواری نامیده می‌شود که ناحیه ممنوع انرژی است
گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمه‌رساناها :
می‌توان نمودار نوار انرژی الکترون در مقابل اندازه حرکت را رسم کرد. مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، نسبت به هم، به دو صورت واقع می‌شوند. در حالت اول مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، مطابق شکل 1الف، در اندازه حرکت یکسانی قرار می گیرند و وقتی الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش جهش می‌کند، تغییری در اندازه حرکت آن به وجود نمی‌آید. گالیم آرسنید و اکسید روی مثال‌هایی از این مورد هستند. چنین موادی نیمه‌رسانای مستقیم نامیده می‌شوند. در مقابل ممکن است، مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، مطابق شکل 1ب در اندازه حرکت یکسان قرار نگیرند. بنابراین برانگیختگی یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، نه تنها نیاز به صرف انرژی زیادی دارد، بلکه، تغییری در اندازه حرکت آن به وجود خواهد آورد. با چنین موقعیتی در سیلیکون رو به رو هستیم. این مواد را نیمه‌رساناهای غیر مستقیم می‌نامیم [6] (شکل 2).
شکل2- نمودار نوار انرژی الکترون بر حسب اندازه حرکت برای نیمه‌رسانای
a)مستقیم و b)غیرمستقیم [7].
در نیمه‌رساناهای مستقیم، یک فوتون با انرژی Eg=hνمی‌تواند یک الکترون را از نوار ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته کند(عبور مستقیم). اما در نیمه‌رساناهای غیرمستقیم، این نوع عبور، امکان پذیر نمی‌باشد. به دلیل آن‌که فوتون‌ها اندازه حرکت بسیار کوچکی دارند، در حالی‌که الکترون باید دستخوش تغییر بزرگی در اندازه حرکت شود. در این موارد، عبور الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، می‌تواند با اتلاف یک فونون شبکه (انرژی گرمایی) رخ دهد، در این صورت اندازه حرکت مورد نیاز، تأمین می‌شود(عبور غیرمستقیم؛ به دلیل برهم‌کنش بین اتم‌ها، یک جامد مدهای ارتعاشی دارد. کوانتوم انرژی ارتعاشی، فونون نامیده می‌شود، در برهم کنش فونون- الکترون انرژی و اندازه حرکت پایسته می‌مانند). البته عبورهای مستقیم نیز امکان پذیر هستند، اما یک انرژی فوتونی مینیمم برای برانگیخته کردن الکترون مورد نیاز است که بزرگتر از گاف انرژی باشد
انتقال حامل در نیمه‌رسانا
تحرک (Mobility)
در یک نیمه‌رسانا، الکترون‌ها، بوسیله انرژی گرمایی، به صورت تصادفی در همه جهات، حرکت می‌کنند. پس از طی مسافت کوتاهی، الکترون‌ها به یک اتم شبکه یا یک اتم ناخالصی و یا یک مرکز پراکندگی دیگر برخورد می‌کنند. این فرآیند پراکندگی موجب می‌شود الکترون مقداری از انرژی خود را از دست بدهد. متوسط زمان بین برخوردها، زمان آزاد میانگینτc نامیده می‌شود.هنگامی که میدان الکتریکی کوچکی، E، بر نیمه رسانا اعمال شود، نیروی qE، به الکترون‌ها وارد می‌شود و به آنها شتابی در خلاف جهت میدان می‌دهدqواحد بار الکتریکی است). مؤلفه حرکت تولید شده بوسیله میدان الکتریکی، سرعت سوقνn ، نامیده می‌شود. تغییر اندازه حرکت الکترون در یک زمان آزاد میانگین، با رابطه زیر داده می‌شود
μn تحرک الکترون نامیده می‌شود و هم ارز با آن μp، تحرک حفره است. هنگامیکه میدان الکتریکی به یک نیمه‌رسانا اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها، برای کاهش انرژی پتانسیل، جریان پیدا می‌کنند. هنگامی که نیمه رسانای نوع n با مساحت سطح مقطع A در میدان الکتریکی واقع شود و جریان الکترون، In باشد، چگالی جریان الکترونی با رابطه زیر داده می‌شود
به همین ترتیب چگالی جریان حفره، Jp ، تعریف می‌شود. چگالی جریان نهایی، ناشی از میدان الکتریکی، که از جمع چگالی جریان الکترون‌ها و حفره‌ها حاصل می‌شود، جریان سوق (Drift current ) نام دارد:
جریان پخش حفره‌ها
(Jp=qDn(dn/dx) نیز، به همین صورت تعریف می‌شود
اثر فوتوولتایی
پدیده تبدیل پرتو نوری به انرژی الکتریکی، اثر فوتوولتایی، PV، نامیده می‌شود. دو قطعه …..