Reflective and transparent diffractive optical elements and their angular response
Yansıtıcı ve şeffaf kırınımsal optik elemanlar ve açısal tepkileri
- Tez No: 935534
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV, DOÇ. DR. SERDAR KOCAMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Güneş hücrelerinin verimliliğini artırmak, uygun maliyetli ve verimli güneş hücreleri elde edilmesinde, alan gereksinimlerini karşılamasında ve çevresel ayak izinin azaltılmasında temel bir odak noktası olmuştur. Güneş hücrelerinin verimliliğini artırmak için mevcut çeşitli teknikler arasında, kırınımlı optik elemanların (KOE'ler) çok bağlantılı güneş hücreleri ile birleştirilmesi umut vaat eden bir çözüm olarak önemli ilgi kazanmıştır. Ancak, KOE'ler sabit bir geliş açısı altında çalışacak şekilde tasarlanıp optimize edildiğinden, güneş hücresi uygulamalarında kullanılmalarını engellemektedir. Bu nedenle, güneş ışığını aynı anda bölebilen ve yoğunlaştırabilen (SpliCons) açıdan bağımsız KOE'lerin tasarımı, güneş enerjisi endüstrisi için büyük önem taşımaktadır. Bu tezde, açılı aydınlatma altında çalışan SpliCons kullanarak geniş bantlı ışığı spektral olarak bölme ve yoğunlaştırma için oldukça hızlı bir deneysel yaklaşım kullandık. Deney düzeneğimizde, yalnızca faz modülasyonu yapan bir uzamsal ışık modülatörü (SLM) SpliCon'u taklit etmek için kullanılmıştır; SpliCon'daki kalınlık değişimleri, SLM'deki gri tonlarının kontrolü ve değiştirilmesiyle taklit edilmiştir. Geniş bantlı spektrum, kırmızı (560-875 nm), yeşil (425-620 nm) ve mavi (420-535 nm) dalga boyları için seçilen bölgelere bölünmüş ve yoğunlaştırılmıştır. Kırmızı, yeşil ve mavi kanallar için sırasıyla %58, %51 ve %59 spektral ayırma oranları ve %202, %188 ve %204 yoğunlaştırma faktörleri elde edilmiştir. Deneysel olarak, açıdan bağımsız SpliCon'umuzun açı tepkisinin, deney düzeneğimiz'n kabul açısıyla sınırlı olmak üzere 4.8 kat arttığını gösterdik. Ayrıca, SpliCon tasarımımızın açı tepkisini konvolüsyon yöntemi kullanarak hesapladık ve spektral bölünme ve yoğunlaştırmanın ±40° aralığında açıdan bağımsız olduğunu gösterdik. Bir kavramsal kanıtı SpliCon, camınkine yakın bir kırılma indisine (1.45) sahip ultra- şeffaf bir reçine kullanılarak stereolitografi eklemeli imalat yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen SpliCon'lar, açılı aydınlatma altında test edilmiş ve açısal tepkileri incelenmiştir. Test sonuçları, geniş bantlı ışığın açıdan bağımsız bir şekilde aynı anda bölünmesi ve yoğunlaştırılmasının başarılı olduğunu ortaya koyarak konsepti doğrulamıştır. Tasarımı yapılan SpliCon'lar, güneş ışığının geliş açısındaki değişimlere karşı toleransı artırarak toplam enerji yakalama kapasitesini ve verimliliği iyileştirmek suretiyle bina entegreli güneş pillerinin uygulanabilirliğine yönelik önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir.
Özet (Çeviri)
Improving solar cell efficiency has been a primary focus in achieving cost-effective and efficient solar cells, fulfilling space requirements and reducing environmental footprints. Of the various techniques available to improve the efficiency of solar cells, integrating diffractive optical elements (DOEs) with multi-junction solar cells has gained significant attention as a promising solution. However, DOEs are designed and optimized to operate under a fixed incident angle, hindering their use in solar cell applications. Therefore, the design of dedicated angle-independent DOEs capable of simultaneously splitting and concentrating sunlight (SpliCons) is paramount for the solar energy industry. In this thesis we used a significantly fast experimental approach to spectrally split and concentrate broadband light using SpliCons operating under angled illumination. In our experimental setup, a phase-only spatial light modulator (SLM) is used to emulate the SpliCons, where the thickness variations in the SpliCon are mimicked by controlling and modifying the gray levels in the SLM. The broadband spectrum is split and concentrated in the regions that are chosen for red (560-875 nm), green (425-620 nm), and blue (420-535 nm) wavelengths. We obtain 58%, 51% and 59% spectral splitting ratios with an enhancement factor of 202%, 188% and 204% for red, green, and blue channels, respectively. Experimentally, we show that the angle response of our angle-independent SpliCon is enhanced by 4.8 times which is limited by the acceptance angle of our setup. We further calculated the angle response of our SpliCon design using convolution method and show the angle independency of spectral splitting and concentration over a $\pm$40° span. A proof-of-concept SpliCon has been fabricated by stereolithography additive manufacturing method using an ultra-clear resin with a refractive index of 1.45, closely resembling that of glass. The fabricated SpliCons have been tested under angled illumination, and their angular response is studied. Test results have revealed a successful angle-independent simultaneous splitting and concentration of the broadband light, validating the concept. The designed SpliCons represent a significant advancement toward the feasibility of building-integrated solar cells by enhancing tolerance to variations in the incident angle of sunlight, thereby improving overall energy capture and efficiency.
Benzer Tezler
- Saydam frekans seçicili optik geri beslemeli diyot lazerlerde ışın karakterizasyonu
Beam characterization in diode lasers with optical feedback withtransparent frequency selector
ŞERİFE AÇELYA USTA KAZAN
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM KÜÇÜKKARA
- Vakum ortamında, düşük sıcaklıklı, taranabilen harici optik geri beslemeli diyot lazer sistemi platformunun tasarlanması, kurulması ve çalıştırılması
Desinging, establishing and working tunable external cavity diode lazer system platform with optical feedback under low temperature and vacuum
BÜLENT HARUN KILIÇ
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN MUTLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM KÜÇÜKKARA
- ZnO filmlerinin bazı fiziksel özellikleri üzerine Co katkısının etkisi
The effect of Co doping on some physical properties of ZnO films
OLCAY GENÇYILMAZ
Doktora
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERHUNDE ATAY
- Ir katkılı ZnO filmlerinin üretilmesi ve bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of some physical properties of ir doped ZnO films
MÜGE SÖYLEYİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHUNDE ATAY
- Termokromik özellik gösteren vanadyum oksit esaslı ince film kaplamaların sol-jel yöntemi ile hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of vanadium oxide-based thermochromic thin films produced by sol-gel method
MELİS CAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
YRD. DOÇ. DR. ALİ ERÇİN ERSUNDU