Novel volumetric plasmonic resonator architectures for enhanced absorption in thin-film organic solar cells
İnce-film organik güneş hücrelerinde optik soğrulmayı artırmak için tasarlanmış yeni hacimsel plazmonik rezonatör mimarileri
- Tez No: 275075
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Son zamanlarda, temiz yenilenebilir enerji kaynaklarının, özellikle güneş ışığını elektriğe dönüştürme için uygulanan fotovoltaik yaklaşımlarının, maliyetlerinin azaltılması ve/ya verimliliklerini arttırılması için artan bir ilgi vardır. Günümüzde, fotovoltaik, enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesinde potansiyel bir aday olarak kabul edilmesine rağmen, bu sistemlerin fosil yakıt tabanlı enerji üretimi ile rekabet edebilmesi için maliyetinin birkaç kat azaltılması gerekmektedir. Bu amaçla yeni nesil güneş hücrelerinin aktif (soğurucu) malzemeleri çok ince (onlarca nanometre mertebesinde) tabakalar olarak tasarlanmaktadır. Bu yaklaşım güneş hücrelerinin maliyetini azaltmasına karşın bu ultra-ince emici tabakalar gelen fotonların optik soğurma performansını düşürmektedir. Son günlerde yüzey plazmon uyarılmaları aracılığı ile nanoboyutta şekillendirilmiş metal katmanlar kullanarak etkin fotovoltaik malzeme soğurulumu artırmak üzerine yapılan ilerici çalışmalar akademik topluluğun yanı sıra sanayiden de ilgi görmektedir. Bundan önceki çalışmalarda, aktif malzeme soğurulumu artırmak için emici tabakanın üst veya alt kısmına yerleştirilmiş plazmonik yapılar incelenmiştir. Ancak tüm bu önceki çalışmalar, sadece tek katmanlı plasmonik yapılar kullanılmasına dayanmaktadır. Bu tez çalışmasında, grubumuz ve başka grupların önceki çalışmalarından farklı olarak, organik güneş pillerinde yeni bir tasarım kavramı olan, iki (veya daha fazla) plazmonik yapıların birleştirilmesi fikrine dayanan hacimsel plazmonik rezonatörler üzerine odaklanılmıştır. Kavram ispatı gösterimi için, soğurucu tabakanın üstüne ve altına birer gümüş ızgara eklenerek, birbirlerinin etkileşimleri sayesinde oluşan elektrik alanın artışı aktif tabakanın hacmi içinde gözlenmiştir. Bu yaklaşım, metalik yapıların bireysel plazmonik rezonanslarına ek olarak, hacimsel rezonatör içinde oluşan dikey etkileşim avantajını kullanmaktadır. Hesaplamasal bulgularımız gösteriyor ki; optik soğrulma enine elektrik (TE) polarize ışık altında üst ızgara ile benzer düzeyde korunurken, enine manyetik (TM) polarize ışık altında artan bir soğurma performansı sergiler. Sonuç olarak, toplam film kalınlığı sabit tutulduğunda, aktif katmanda optik soğrulma tek başına ızgara iyileştirme sınırını aşarak %~67 artırılmıştır. Bu hacimsel etkileşim metalik olmayan (yalın) organik güneş pillerindeki sınırlı foton soğrulma miktarı ötesinde aktif katmandaki optik soğrulmanın artırılmasına ek katkıda bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
There has been a growing interest in decreasing the cost and/or increasing the efficiency of clean renewable energy resources including those of photovoltaic approaches for conversion of sunlight into electricity. Today, although photovoltaics is considered a potential candidate in diversification of energy sources, the cost of photovoltaic systems remains yet to be reduced by several factors to compete with fossil fuel based energy production. To this end, new generation solar cells are designed to feature very thin layers of active (absorbing) materials in the order of tens of nanometers. Though this approach may possibly decrease the cost of solar cells, these ultra-thin absorbing layers suffer from undesirably low optical absorption of incident photons. Recently revolutionary efforts on increasing light trapping using nanopatterned metal layers in the active photovoltaic material via surface plasmon excitations have been demonstrated, which attracted interest of the academic community as well as the industry. In these prior studies, plasmonic structures, placed either on the top or at the bottom of absorbing layers, have been investigated to enhance the absorption in the active material. However, all these previous efforts were based only on using a single layer of plasmonic structures. In this thesis, different than the previous reports of our group and the others, we focus on a new design concept of volumetric plasmonic resonators that relies on the idea of incorporating two (or more) layers of coupled plasmonic structures embedded in the organic solar cells. For proof-of-concept demonstration, here we embody one silver grating on the top of the absorbing layer and another at the bottom of the active layer to couple them with each other such that the resulting field localization is further increased and extended within the volume of the active material. In addition to individual plasmonic resonances of these metallic structures, this allows us to take the advantage of the vertical interaction in the volumetric resonator. Our computational results show that this architecture exhibits a substantial absorption enhancement performance particularly under the transverse-magnetic polarized illumination, while the optical absorption is maintained at a similar level as the top grating alone under the transverse-electric polarized illumination. As a result, the optical absorption in the active layer is enhanced up to ~67%, surpassing the improvement limit of individual gratings, when the total film thickness is kept fixed. This volumetric interaction contributes to further enhancement of optical absorption in the active layer, beyond the limited photon absorption in non-metallic (bare) organic solar cell.
Benzer Tezler
- Laser-induced refractive index and birefringence control in silicon with advanced spatial laser modulation
Gelişmiş lazer demeti desenlendirme yöntemleri ile silisyum içerisinde kırıcılık indisi ve çift kırılma kontrolü
ALPEREN SALTIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR TOKEL
- Off-design performance of micro-scale solar Brayton cycle
Başlık çevirisi yok
TUFAN AKBA
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA PINAR MENGÜÇ
PROF. DR. DEREK KEITH BAKER
- A novel preclinical dual-topology magnetic particle imaging scanner
Özgün bir çift topolojili klinik öncesi manyetik parçacık görüntüleme tarayıcısı
AHMET RAHMETULLAH ÇAĞIL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE ÜLKÜ SARITAŞ ÇUKUR
- Modification of polybenzoxazine precursors by Thiol-benzoxazine chemistry. As a novel thiol-X reaction for macromolecular synthesis
Tiyol-benzoksazin kimyası ile polibenzoksazin öncüllerinin modifikasyonu. Makromolekül sentezinde yeni bir tiyol-X reaksiyonu
ELİFTEN SEMERCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Akciğer kanserli hastalarda farklı tedavi planlama tekniklerinin hedef hacim ve kritik organ dozları açısından karşılaştırılması
The superiority of a novel treatment planning approach in treatment of locally advanced non-small cell cancer (nsclc) by using intensity-modulated radiation therapy (İMRT) and volumetric-modulated arc therapy (VMAT)
EMRE MUSTAFA KARADEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiAcıbadem ÜniversitesiRadyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENİS ÖZYAR