ترابرد الكتروني در سلول خورشيدي نانو ساختار نقاط كوانتومي لانتانيوم واناديوم اكسايد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك

كارشناسي ارشد

انرژي به جهت نقش مهمي كه در فعاليت‌هاي انسان دارد يكي از بخش‌هاي مهم در زندگي به شمار مي‌رود. انرژي خورشيدي منحصر به فردترين منبع انرژي تجديدپذير در دنيا است كه در چند سال اخير، مورد توجه قرار گرفته است. جستجوي مواد جذب كننده نور خورشيد كه حاوي عناصر فراوان زمين با پايداري شيميايي طولاني مدت باشند براي پيشرفت فناوري‌هاي فتوولتائيك از اهميت بالايي برخوردار است. تحقيقات بر روي مواد نوآورانه براي كاربردهاي فتوولتائيك در چند سال اخير به سمت مطالعه پروسكايت‌ها جهت توسعه انواع جديدي از سلول هاي خورشيدي با بازده بالا و كم هزينه انجام شده است. به گونه‌اي كه توسعه سلول‌هاي خورشيدي مبتني بر پروسكايت، به طور باور نكردني افزايش داشته است. با اين حال، تجاري سازي چنين سلول‌هاي خورشيدي به دليل ناپايداري زياد آن‌ها هنوز امكان‌پذير نيست. در اين پژوهش از نقاط كوانتومي لانتانيوم واناديوم اكسايد (LaVO3) استفاده شد كه شكاف نوار انرژي آن مطابق منحني محدوديت شاكلي-كويسر در مقدار بهينه براي تبديل انرژي خورشيد است. لانتانيوم واناديوم اكسايد يك اكسيد متشكل از دو فلز واسطه است كه ساختار كريستالي پروسكايتي دارد و جزء گروه اكسيدهاي فلزات واسطه از نوع عايق مات محسوب مي شود. اين مواد حاوي عناصر فراوان در زمين هستند و ذاتاً داراي پايداري شيميايي طولاني مدت هستند كه براي ساخت دستگاه‌هاي فتوولتائيك كم هزينه و انعطاف‌پذير ايده‌آل است. اين ماده براي كاربردهاي فتوولتائيك بسيار اميدواركننده است، زيرا مي تواند مشكل پايداري را حل كند و داراي خواص نوري بهينه است كه مزاياي قابل توجهي براي هر دستگاه فتوولتائيك محسوب مي‌شود. مواد عايق مات موادي هستند كه بايد بر اساس نظريه نواري رفتار رسانندگي از خود نشان دهند، اما در واقع، آنها به عنوان يك عايق عمل مي كنند. با اكسايش آنها يا با افزودن برخي ناخالصي‌ها، الكترون آزاد مي‌شود و گذار الكترون (گذار - مات) اتفاق مي‌افتد و آن‌ها مانند يك رسانا رفتار مي‌كنند به عبارتي بهتر، موادي كه در آن‌ها گذار - مات اتفاق مي‌افتد مواد همبسته قوي هستند. براي توصيف اين سامانه، مي‌توان از الگوي هابارد در نمايش كوانش دوم استفاده نمود؛ سپس با استفاده از نظريه معادله حركت و همچنين معادله دايسون، تابع گرين غيرتعادلي را بدست آورد. با داشتن تابع گرين سامانه، مي‌توان ترابرد الكترون از ميان قطعه مركزي و دو هادي چپ و راست با پتانسيل شيميايي متفاوت را محاسبه كرد كه نقاط كوانتومي لانتانيوم واناديوم اكسايد به عنوان قطعه مركزي در نظر گرفته شد. براي اعمال برهمكنش الكترون - فوتون، تأثير آن در قدرت پرش الكترون از هادي‌ها به نقطه كوانتومي، اعمال شد و از محاسبات جداگانه براي بررسي برهمكنش الكترون- فوتون صرف نظر شد. در ضمن براي اين سامانه، چگالي حالت‌هاي الكتروني و عدد اشغال الكترون در نقطه كوانتومي نيز محاسبه شد. به علت همبستگي قوي الكترون در اين ماده، تأثير برهمكنش الكترون- الكترون به ازاي مقادير مختلف در تمام محاسبات اعمال شد. مشاهده شد با افزايش ميزان برهمكنش الكترون- الكترون يا همان كميت هابارد U باعث كاهش ميزان ترابرد الكترون مي‌شود. از اين روي براي اين ماده مقدار بهينه كميت هابارد كه به ازاي آن ترابرد الكتروني و بازده سامانه بيشينه مقدار خود را دارد مشخص شد.

220451

ماده چگال

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان