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 (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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
- Tekstil boyamacılığında atık flottede boyama imkanları üzerine araştırma
Başlık çevirisi yok
MEHMET YAKARTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KERİM DURAN
- Sivas-Kangal yöresinde kırsal gelişme ve pazara açılma sürecindeki farklılaşmalar (bir örnek olay incelemesi)
Başlık çevirisi yok
FAHRİ ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiSosyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. VAHAP SAĞ
- Poli (etilen tereftalat) elyaf ve ipliklerin bazik ortamdaki davranışı
Başlık çevirisi yok
NURAY OLUKÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OYA ŞANLI
- Bitlis-Zağros bindirme ve kıvrımlı kuşağının sismotektonik özellikleri
Başlık çevirisi yok
HALUK EYİDOĞAN