کاربر عزیز خوش آمدید!
|

فایل گزارش 4 فصلی شبیه سازی سلول خورشیدی در سیلواکو

فایل گزارش 4 فصلی شبیه سازی سلول خورشیدی در سیلواکو

طی بررسی‌های انجام شده، تا سه دهه آینده به 10 تا 30 تراوات انرژی پاک در سال نیازمندیم. در حال حاضر، مصرف انرژی در جهان تقریباً 12 تا 13 ترا وات در سال است. انرژی خورشیدی که در مدت یک ساعت به سطح زمین می‌رسد می‌تواند تقاضای انرژی جهان را به مدت یک سال تأمین کند. با رشد جمعیت، تقاضای انرژی در حال افزایش است و منابع سوخت‌های فسیلی کاهش یافته‌اند و این انگیزه بسیار مناسبی برای تحقق و توسعه انرژی‌های تجدید پذیر خواهد بود. با وجودیکه سهم انرژیهای تجدید پذیر در برابر انرژی‌های فعلی بسیار ناچیز است اما پیش‌بینی می‌شود که این فناوری نوظهور بطور قابل توجهی انرژی آینده جهان را تولید کند. برای تولید بخش بزرگی از انرژی مورد نیاز جهان، سلول‌های خورشیدی نیاز به بهبود بیشتری دارند تا بتوانند جایگزین مناسبی برای انرژی‌های فسیلی و هسته‌ای شوند.

این گزارش در 4 فصل مقدمه - ساختار سلول های خورشیدی - شبیه سازی سلول خورشیدی دو پیوند InGaP/GaAs و نتیجه گیری و پیشنهاد ارائه شده و بطور جامع همه چیز را در خصوص این نوع از سلول های خورشیدی توضیح می دهد. در گزارش ارائه شده شده روند کار به صورت زیر است:
- بررسی ساختار سلول خورشیدی، خصوصیات هر لایه به صورت مجزا و روابط حاکم بر ساختار
- شبیه‌سازی سلول خورشیدی دو پیوند در نرم افزار Silvaco 
- بررسی ساختار شبیه سازی شده و نمایش نتایج همراه با مقایسه نتایج بدست آمده با سایر مقالات مشابه
- نتیجه گیری و پیشنهاد جهت ارتقای راندمان افزاره شبیه سازی شده

لازم به ذکر است که شبیه سازی های انجام شده در نرم افزار سیلواکو انجام شده و نتایج بدست آمده در این گزارش درج شده اند. شما می توانید برای دانلود شبیه سازی انجام شده در سیلوکو، به این لینک مراجعه بفرمایید. همچنین شما می توانید ترجمه مقاله Improving the performance of a multi-junction solar cell by optimizing BSF, base and emitter layers که رفرنس اصلی گزارش ارائه شده می باشد را از طریق این لینک دانلود نمایید. 

فهرست مطالب مندرج در گزارش:
فصل اول
- مقدمه
- هدف و ضرورت تحقیق
- مرور منابع
- روش انجام کار
- نوآوری
- روال انجام پژوهش
فصل دوم
- مقدمه
- طبقه بندی مواد
- میزان آلایش و هدایت نیمه هادی ها
- پیوند PN
- نحوه عملکرد سلولهای خورشیدی چند پیوند
- مواد به کار رفته در سلول های خورشیدی چند پیوند
- ساختار سلول خورشیدی دو پیوند InGaP/GaAs
-- بررسی ساختار
-- لایه های مختلف سلول خورشیدی
- طیف تابشی
- پارامترهای عملکرد
-- جریان اتصال کوتاه (ISC)
-- ولتاژ مدار باز (VOC)
-- ضریب پری (FF)
-- بازده (η)
فصل سوم
- مقدمه
- بازتولید
- تابش نور با طیف AM.G
- نتایج و بحث
- مقایسه عملکرد
فصل چهارم
- نتیجه گیری
- پیشنهادها

این گزارش شامل 51 صفحه و 29 رفرنس به روز (2019) می باشد و در دو قالب ورد (docx) و پی دی اف (PDF) ارائه شده است.

شبیه سازی مقاله Improving the performance of a multi-junction solar cell by optimizing BSF, base and emitter layers در سیلواکو

double junction Solar Cell Simulation - Silvaco
طی بررسی‌های انجام شده، تا سه دهه آینده به 10 تا 30 تراوات انرژی پاک در سال نیازمندیم. در حال حاضر، مصرف انرژی در جهان تقریباً 12 تا 13 ترا وات در سال است. انرژی خورشیدی که در مدت یک ساعت به سطح زمین می‌رسد می‌تواند تقاضای انرژی جهان را به مدت یک سال تأمین کند. با رشد جمعیت، تقاضای انرژی در حال افزایش است و منابع سوخت‌های فسیلی کاهش یافته‌اند که این انگیزه بسیار مناسبی برای تحقق و توسعه انرژی‌های تجدید پذیر خواهد بود. با وجودیکه سهم انرژیهای تجدید پذیر در برابر انرژی‌های فعلی بسیار ناچیز است اما پیش‌بینی می‌شود که این فناوری نوظهور بطور قابل توجهی انرژی آینده جهان را تولید کند. برای تولید بخش بزرگی از انرژی مورد نیاز جهان، سلول‌های خورشیدی نیاز به بهبود بیشتری دارند تا بتوانند جایگزین مناسبی برای انرژی‌های فسیلی و هسته‌ای شوند. 
در این فایل، شبیه سازی یک مقاله بسیار معتبر با عنوان Improving the performance of a multi-junction solar cell by optimizing BSF, base and emitter layers ارائه شده است. یک فایل راهنمای جامع در قالب ورد و پی دی اف  نیز جهت آموزش کدها ارائه شده است. در کنار این فایل ها، دو فایل آموزشی ویدیویی با کیفیت بالا از نحوه اجرای کدها تهیه شده که به یادگیری نحوه اجرا و جواب گرفتن از نمودار های مختلف کمک می کند. 
در این پژوهش، ساختار مطلوب سلول خورشیدی دو پیوندی با یک پیوند تونلی InGaP/InGaP، یک لایه بافر در سلول پایینی، دو لایه BSF در سلول بالایی و یک لایه امیتر جدید در ساختار ارائه شده است. سلول شبیه سازی شده با استفاده از Silvaco Atlas جهت بدست آوردن عملکرد بهتر، بهینه‌سازی شده و مقادیر ولتاژ مدار باز (VOC)، چگالی جریان اتصال کوتاه (JSC)، ضریب پری (FF) و بازده تبدیل (η) آن، محاسبه شده و نمودارهای نهایی نمایش داده شده اند. 

معرفی کتاب فارسی آموزش سیلواکو (Silvaco)


در این پست به معرفی کتاب آموزش نرم افزار سیلواکو که به صورت الکترونیکی و به زبان فارسی ارائه شده می پردازیم. این کتاب در 332 صفحه نگارش شده و شامل فصل های زیر می باشد:

فصل اول - آموزش نصب نرم افزار Silvaco
1-1- مقدمه
2-1- طریقه نصب سیلواکو

فصل دوم - معرفی نرم افزار سیلواکو
1-2- مقدمه
2-2- معرفی ابزار شبیه سازی ATLAS
3-2- مدلهای فیزیکی
4-2- مراجع

فصل سوم - شروع کار با Silvaco Atlas
1-3- بررسی اجمالی Deckbuild
2-3- فراخوانی Atlas
3-3- ورودیها و خروجیهای ATLAS
4-3- ساختار فایلهای ورودی در ATLAS
1-4-3- پارامترهای منطقی (Logical)
2-4-3- پارمترهای حقیقی (Real) و صحیح (Integer)
3-4-3- پارامترهای رشته‌ای (Character)
5-3- تعریف مشخصات ساختاری قطعه
6-3- توضیحات (Comments)
7-3- مش بندی
8-3- ناحیه ها (مناطق)
9-3- اتصالات الکتریکی (الکترودها)
10-3- آلایش
11-3- تعیین مشخصات و خواص مواد
12-3- تعریف ماده
13-3- کتابخانه سیلواکو
14-3- تعیین مدل ها
15-3- اتصالات الکتریکی
16-3- انتخاب روش حل عددی
17-3- مشخصه های تحلیل
1-17-3- دستور log
2-17-3- دستور Solve
1-2-17-3- حل DC
2-2-17-3- حل AC
3-17-3- استخراج داده ها و رسم نمودارها
4-17-3- تبادل داده ها با MATLAB
5-17-3- ذخیره تصاویر Tonyplot
18-3- مراجع

فصل چهارم - شبیه سازی دیود p-n
1-4- مقدمه
2-4- نیمه‌هادی‌های نوع n و p
3-4- تئوری باند انرژی
4-4- پیوند p-n
5-4- شبیه سازی
1-5-4- مش بندی ساختار
2-5-4- تعریف مناطق
3-5-4-تعریف الکترودها
4-5-4- تعیین ناخالصی
5-5-4- تعریف اتصالات اهمی و شاتکی
6-5-4- تعریف مدلها
7-5-4- انتخاب روش حل عددی
8-5-4- بایاس افزاره
9-5-4- نمایش نمودار جریان-ولتاژ دیود p-n
10-5-4- نمایش ساختار
1-10-5-4- نمایش پروفایل آلایش
11-5-4- نمایش ترازهای انرژی
6-4- مراجع

فصل پنجم - شبیه سازی ترانزیستور ماسفت
1-5- مقدمه
2-5- ساختار ترانزیستورهای ماسفت
3-5- عملکرد ماسفت بدون اعمال ولتاژ به گیت
4-5- ایجاد کانال برای عبور جریان
5-5- اعمال VDS کوچک
6-5- عملکرد به ازای VDS بزرگ
7-5- مشخصه ولتاژ – جریان ماسفت افزایشی
8-5- ساختار باند در ترکیبات نیمه هادی
9-5- شبیه سازی یک ترانزیستور NMOS (مثال اول ماسفت)
1-9-5- کد نویسی در ATLAS
1-1-9-5- فراخوانی ATLAS
2-1-9-5- تعریف مشبندی
3-1-9-5- تعریف مناطق
4-1-9-5- تعریف الکترودها
5-1-9-5- تعریف میزان و نوع آلایش
6-1-9-5- تعریف اتصالات
7-1-9-5- تعریف مدلها
8-1-9-5- انتخاب روش حل
9-1-9-5- بدست آوردن حل اولیه
10-1-9-5- اجرای شبیه سازی برای بدست آوردن یک حل با شرایط بایاس متفاوت
11-1-9-5- نمایش نتایج و ساختار افزاره
10-5- شبیه سازی یک ترانزیستور NMOS (مثال دوم ماسفت)
1-10-5- کدنویسی
11-5- مراجع

فصل ششم - شبیه سازی ترانزیستورIGBT
1-6- مقدمه
2-6- مزایا و معایب IGBT
3-6- ساختار افزاره
4-6- مدل مداری
5-6- مدهای عملکردی افزاره
1-5-6- حالت سد معکوس
2-5-6- حالت هدایت و سد مستقیم
6-6- مشخصه خروجی
7-6- مشخصه انتقالی
8-6- نوع PT و NPT
9-6- شبیه سازی
10-6- مراجع

فصل هفتم - شبیه سازی ترانزیستور بدون پیوند و بدون آلایش اثر میدانی
1-7- مقدمه
2-7- ترانزیستورهای بدون پیوند
1-2-7- عملکرد ترانزیستور بدون پیوند
1-1-2-7- فیزیک ترانزیستور
2-1-2-7- مکانیزم جریان ترانزیستور
3-7- ترانزیستور بدون آلایش
1-3-7- اثر پلاسمای بار
2-3-7- ساختار ترانزیستور بدون پیوند و بدون آلایش
3-3-7- دیاگرام باند انرژی و عملکرد افزاره
4-7- شبیه سازی
1-4-7- مش بندی
2-4-7- نواحی و الکترودها
3-4-7- آلایش و کانتکتها
4-4-7- مدلهای مورد استفاده در شبیه سازی
5-4-7- نتایج شبیه سازی
5-7- منابع

فصل هشتم - شبیه سازی ترانزیستورهای تونلی
1-8- عملکرد و شبیه سازی ترانزیستورهای تونلی
2-8- معایب ترانزیستورهای اثر میدانی فلز اکسید نیمه هادی
1-2-8- توان مصرفی بالا
2-2-8 شیب زیر آستانه بالا
3-8 عملکرد ترانزیستورهای تونلی
4-8- شبیه سازی ترانزیستور تونلی
1-4-8 نتایج شبیه سازی (دیاگرام باند انرژی، جریان و هدایت انتقالی)
2-4-8- تغییر اندازه پهنای ناحیه تونل زنی
3-4-8- بدست آوردن ولتاژ آستانه
4-4-8- بدست آوردن شیب زیر آستانه نقطه‌ای و متوسط
5-4-8- بدست آوردن فرکانس قطع
5-8- مراجع

فصل نهم - شبیه سازی سلولهای خورشیدی چند پیوندی
1-9- مقدمه
2-9- ویژگی های پایه مواد نیمه هادی
1-2-9- اثر فتوولتاییک
2-2-9- تئوری باند انرژی
3-2-9- فرایند جذب و بازترکیب در نیمه‌هادی
4-2-9- دیود تونلی
3-9- اصول اساسی سلول‌های خورشیدی
1-3-9- ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه
2-3-9- ضریب پر شدگی (FF)
3-3-9- بازده تبدیل توان
4-9- چالش‌های سلولهای خورشیدی ناهمگون
5-9- لایه‌های اصلی سلول‌های خورشیدی
1-5-9- سلول بالایی و پایینی
2-5-9- لایه Window
3-5-9- لایه Emitter و Base
4-5-9- لایه BSF
5-5-9- ناحیه تونلی
6-9- طراحی سلول‌های چند‌پیوند
1-6-9- شکاف باند
2-6-9- تطبیق شبکه
3-6-9- تطبیق جریان
7-9- ساختار کلی سلول خورشیدی چند پیوند گروه III-V
8-9- انتخاب مواد و ویژگیهای لایه های مختلف
9-9- شبیه سازی در سیلواکو
1-9-9- ساختار افزاره
2-9-9- نور دهی با AM1.5G
3-9-9- رفتار تونل‌زنی
4-9-9- مشخصه V-I
5-9-9- نرخ تولید فوتون
10-9- کدنویسی در Deckbuild
11-9- نمایش سایر نمودارهای سلول خورشیدی روی ساختار
12-9- نمایش نمودارهای خطی با کمک ساختار
13-9- مراجع

پیوست 1- آشنایی با مدلهای توزیع آماری Silvaco Atlas
پ-1-  توزیع آماری حامل‌ها
پ-1-1- فرمی دیراک و روش بولتزمن
پ-1-2- تراکم حامل ذاتی
پ-1-3- باریک شدگی گاف انرژی

پیوست 2- آشنایی با مدلهای تولید و بازترکیب Silvaco Atlas
پ-2- مدل‌های تولید و بازترکیب حامل
پ-2-1- مدل شاکلی رید هال
پ-2-2- مدل شاکلی رید هال وابسته به تراکم ناخالصی
پ-2-3- تونل زنی به کمک مشکلات شبکه
پ-2-4- مدل اوژه

پیوست 3- آشنایی با مدلهای موبیلیتی Silvaco Atlas
پ-3-1- مدل‌های موبیلیتی
پ-3-1-1- مدل‌های میدان ضعیف
پ-3-1-2- مدل‌های لایه وارونگی
پ-3-1-3- مدل‌های وابسته به میدان عمودی
پ-3-1-4- مدل‌ وابسته به میدان افقی
پ-3-1-5- همخوانی یا عدم همخوانی مدل‌های موبیلیتی
پ-3-1-6- خلاصه مدل‌های موبیلیتی

پیوست 4- آشنایی با مدلهای تونل زنی باند به باند Silvaco Atlas
پ-4-تونل زنی باند به باند
پ-4-1- دیود تونلی
پ-4-2- انواع تونل زنی باند به باند
پ-4-2-1- تونل زنی باند به باند مستقیم
پ-4-2-2- تونل زنی باند به باند غیر مستقیم (تونل زنی به کمک تله)
پ-4-3- مدل‌های تونل زنی باند به باند
پ-4-3-1- مدل استاندارد محلی (BBT.STD)
پ-4-3-2- مدل تونل زنی شِنْک
پ-4-3-3- مدل تونل زنی محلی کِین
پ-4-3-4- مدل تونل زنی باند به باند غیر محلی
پ-4-3-4-1- تقریب WKB و احتمال تونل زنی الکترون
پ-4-3-4-2- محاسبه جریان
پ-4-3-4-3- روش استفاده از مدل غیر محلی در نرم افزار سیلواکو
پ-4-3-4-4- ملاحظات تکمیلی برای مدل غیر محلی
پ-4-3-4-5- خلاصه پارامترهای مربوط به مدل غیر محلی

پیوست 5- آشنایی با مدلهای تحدید کوانتومی Silvaco Atlas
پ-5-1- تحدید کوانتومی در ابعاد نانو
پ-5-2- Bohm Quantum Potential (BQP)
پ-5-2- HANSCHQM

ترجمه مقاله Design and evaluation of ARC less InGaP/GaAs DJ solar cell with InGaP tunnel junction and optimized double top BSF layer

ترجمه مقاله Design and evaluation of ARC less InGaP/GaAs DJ solar cell with InGaP tunnel junction and optimized double top BSF layer
The presence and performance of the tunnel junction layer and back surface field (BSF) layers is the chief reason behind the high efficiency of the multi-junction solar cells. In this work, the focus is on thes election of a suitable material for the tunnel junction along with introducing a new top BSF layer. The simulation work is carried out in ATLAS TCAD. The various performance parameters like open circuit voltage (VOC), short circuit current density (JSC), fill factor (FF) and efficiency () are extracted from the proposed solar cell model and are compared with published results to ascertain the accuracy of the present work. Other parameters like the photogeneration rate, spectral response, potential developed,electric field are also determined. I–V curve and the power curve are also plotted for the proposed model.For this proposed structure VOC= 2.668 V, JSC= 18.2 mA/cm2, FF = 88.29% and EFF = 40.879% are obtained for 1000 suns illuminated under standard AM1.5G spectrum. The obtained outputs and the modeling steps are elaborately explained.

حضور و عملکرد لایه پیوند تونلی و لایه های میدان سطح پشتی (BSF) دلیل اصلی راندمان بالای سلول های خورشیدی چند پیوند است. در این کار، روی انتخاب یک ماده مناسب برای پیوند تونلی همراه با معرفی یک لایه BSF جدید در سلول بالا تمرکز شده است. کار شبیه سازی در ATLAS SILVACO انجام شده است. پارامترهای عملکرد مختلف مانند ولتاژ مدار باز (VOC)، چگالی جریان اتصال کوتاه (JSC)، ضریب پری (FF) و بازده (η) از مدل سلول خورشیدی پیشنهادی استخراج شده اند و با نتایج منتشر شده قبلی مقایسه شده اند تا صحت نتایج کار فعلی را ارزیابی کنند. همچنین پارامترهای دیگری مانند نرخ تولید نوری، پاسخ طیفی، پتانسیل توسعه یافته و میدان الکتریکی نمایش شده اند. منحنی I-V و منحنی توان نیز برای مدل پیشنهادی ترسیم شده اند. برای این ساختار پیشنهادی، VOC= 2.668 V, JSC= 18.2 mA/cm2, FF = 88.29%  و η = 40.879% تحت تابش 1000 خورشید طیف استاندارد AM1.5G بدست آمده اند. خروجی ها بدست آمده و مراحل مدلسازی به دقت توضیح داده شده اند. 

ترجمه مقاله Efficiency improvement of ARC less InGaP/GaAs DJ solar cell with InGaP tunnel junction and optimized two BSF layer in top and bottom cells

ترجمه مقاله Efficiency improvement of ARC less InGaP/GaAs DJ solar cell with InGaP tunnel junction and optimized two BSF layer in top and bottom cells

An optimized BSF (Back Surface Field) is a key layer for a multi junction or single junction solar cell. In this work, two BSF layers with different thicknesses have been used in the upper and the lower cell and simulations have been done using the Silvaco ATLAS numerical modelling tools. It has been also found that in under the current matching condition with thinner upper BSF layers (160 nm, 30 nm) and a thicker lower BSF layer (1000 nm, 30 nm), JSC short circuit current density and VOC open circuit voltage and conversion efficiency solar cell is improved. Major steps of simulation and its description and results have been compared to the previously published data in order to describe accuracy of the results. By selecting the best thickness of BSF layer, the efficiency can be increased up to 15% which happens because of increase in photo-generation rates and absorption in the solar cells. This article shows some characteristics of the proposed dual junction solar cell such as photo-generation rate, short circuit current density, open circuit voltage and efficiency of the device relative to thickness of BSF layers and change in materials of tunnel junction. The results show that in case of increase in thickness of BSF, efficiency is also increased. The highest efficiency is obtained in thickness of 160 nm, then the efficiency is decreased. The values of Jsc = 23.36 mA/cm2, Voc = 2.43 V, FF = 86.76% and η = 47.78% (1 sun) have also been obtained under AM1.5G illumination in the proposed structure which shows improvement in performance of the proposed device.

یک BSF (back surface field) بهینه‌سازی شده، لایه‌ای کلیدی برای یک سلول خورشیدی چند پیوندی یا تک‌پیوندی است. در این کار، از دو لایه BSF با ضخامتهای مختلف در سلول بالایی و پایینی استفاده شده است و شبیه‌‌سازی‌ها با استفاده از ابزار مدل‌سازی عددی Silvaco ATLAS انجام شده‌اند. همچنین مشخص شده که تحت شرایط تطبیق جریان با لایه‌های BSF بالایی نازک‌تر (160nm, 30nm) و لایه BSF پایینی ضخیم‌تر (1000nm, 30nm)، چگالی جریان اتصال کوتاه JSC ، ولتاژ مدار باز VOC و بازده تبدیل η سلول خورشیدی بهبود می‌یابد. مراحل عمده شبیه‌سازی شرح و نتایج آن با داده‌های منتشر شده قبلی به‌منظور توصیف دقت و صحت نتایج حاصله مقایسه شده‌اند. با انتخاب بهتر ضخامت لایه‌ BSF، می‌توان بازده را به میزان 15% افزایش داد که دلیل آن افزایش نرخ فتوجنریشن و جذب توسط سلول خورشیدی است. این مقاله برخی مشخصه‌های سلول خورشیدی دو پیوندیِ پیشنهادی، مانند نرخ تولید نوری، چگالی جریان اتصال کوتاه، ولتاژ مدار باز و بازده افزاره را نسبت به ضخامت لایه‌های BSF و تغییر مواد پیوند تونلی نشان می‌دهد. نتایج حاصله نشان می‌دهند که در صورت افزایش ضخامت BSF، بازده نیز افزایش می‌یابد. بالاترین بازده در ضخامت 160nm بدست می‌آید و پس از آن بازده کاهش می‌یابد. همچنین در ساختار پیشنهادی مقادیر Jsc= 23.36 mA/cm2، Voc= 2.43 V، FF=86.76% و η=47.78% (1 sun) تحت نور AM1.5G بدست آمده‌اند که نشان‌دهنده بهبود عملکرد افزاره پیشنهادی می‌باشد. 

تماس با ما
سفارش پروژه