مطالعه عددی چگالی جریان اتصال-کوتاه و جذب در لایه فعال سلول‌های خورشیدی آلی در حضور نانوذرات استوانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 گروه فیزیک-دانشکده علوم- دانشگاه لرستان- خرم آباد- ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران.

3 کارشناسی ارشد، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران.

10.48301/kssa.2022.354897.2228

چکیده

در این پژوهش، با استفاده از روش تفاضلات متناهی حوزه زمان تأثیر حضور نانواستوانه‌های آلومینیومی توپر و شامل حفره‌هایی به شکل بیضیوار (هسته‌ها) بر روی کمیت‌های چگالی جریان اتصال-کوتاه و جذب در سلول خورشیدی آلی ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/ZnO/Al مورد بررسی قرار گرفته است. نانوذرات در الگویی هگزاگونالی شکل در داخل لایه P3HT:PCBM و در مرز با لایه ZnO‌، واقع شده‌اند. برای شبیه‌سازی از الگوی طیفی استاندارد خورشید 5ر1AM در محدوده طیفی nm1200-300 استفاده شده است. محاسبات نشان داده است که حضور نانواستوانه‌های مختلف‌ باعث بهبود چشم‌گیر در مقادیر کمیت‌های بالا می‌شود. این افزایش به ویژه در محدوده طول موج‌های بالا چشم‌گیرتر است. علاوه بر این، وجود نانواستوانه‌ها ضخامت بهینه‌ای nm‌150 را برای لایه فعال P3HT:PCBM‌، سلول خورشیدی ایجاد می‌کند، به‌طوری که کمیت‌های بیان شده بالاترین مقادیر را دارند. این ضخامت بهینه مستقل از وجود هسته‌های دی‌الکتریک در نانواستوانه‌ها می‌باشد. مقایسه نتایج محاسبات در شرایط مختلف نشان می‌دهد که وقتی ضخامت لایه فعال nm‌150‌، ارتفاع و شعاع نانواستوانه‌ها nm50‌ و ‌nm 15 و حفره‌های بیضیوار شکل دارای شعاع‌های کوچک و بزرگ nm 1 و nm 15 باشند، چگالی جریان اتصال-کوتاه و جذب سلول خورشیدی مورد نظر دارای بهینه‌ترین مقادیر خود می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical study of short-circuit current density and absorption in the active layer of organic solar cells in the presence of cylindrical nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mohsen Bahrami 1
  • Nasrin Sepahvand 2
  • Zahra Moradpour 3
1 Department of Physics-Science Faculty-University of Lorestan-Khorramabad-Iran
2 Department of Physics, Science Faculty, University of Shahid Chamran, Ahvaz, Iran
3 MSc, Department of Physics, Science Faculty, University of Lorestan, Khorramabad, Iran
چکیده [English]

In this reaserch, using the finite difference time domain method (FDTD), the effect of the presence of solid aluminum nanocylinders and containing elliptical holes (cores) on the quantities of short-circuit current density and absorption has been investigated in the ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/ZnO/Al organic solar cell. The nanoparticles are located in a hexagonal pattern inside the P3HT:‌PCBM layer and on the border with ZnO. The nanoparticles are located in a hexagonal pattern inside the P3HT:PCBM layer and on the border with the ZnO layer. For simulation, the standard spectral pattern of the sun AM1.5 has been used in the spectral range of 300-1200 nm. Calculations have shown that the presence of different nanocylinders causes a significant improvement in the values of high quantities. This is especially noticeable in the range of high wavelengths.In addition, the presence of nanocylinders creates an optimal thickness of 150 nm for the active layer of P3HT:PCBM solar cell, so mentioned quantities have the highest values. This optimal thickness is independent of the presence of dielectric cores in nanocylinders. Comparing the calculation results in different conditions shows that when the thickness of the active layer is 150 nm, the height and radius of the nanocylinders are 50 nm and 15 nm, and the elliptical holes have small and large radii of 1 nm and 15 nm, The short-circuit current density and absorption of the intended solar cell have their optimal values.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finite difference time domain (FDTD)
  • Plasmonics
  • Absorption
  • Short-circuit current density
  • Organic solar cell

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 29 آبان 1401
  • تاریخ دریافت: 09 شهریور 1401
  • تاریخ بازنگری: 01 آبان 1401
  • تاریخ پذیرش: 28 آبان 1401