شهریار عصفوری

با کاهش سوخت های فسیلی به عنوان تامین کننده ی اصلی انرژی زمین و پیش بینی اتمام این سوخت ها در صد سال آینده، انرژی های نو یا تجدیدپذیر جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی هستند. سلول های خورشیدی با تبدیل مستقیم انرژی خورشید به الکتریسیته نمونه بارز انرژی های نو هستند. طراحی و توسعه ی روزافزون سلول های خورشیدی تنها محدود به کارهای تجربی و آزمایشگاهی نبوده، بلکه مدلسازی های عددی نیز در این امر دخیل بوده است. هدف از انجام این پایان نامه طراحی و مدلسازی عددی سلول های خورشیدی رنگدانه ای بر پایه لایه ی نانوساختار نیمه رسانا با گاف نواری عریض (دی اکسید تیتانیوم) و همچنین زینک اکساید به عنوان لایه ی انتقال دهنده ی الکترون و رنگدانه مصنوعی N719 بر پایه ی روتینیوم به عنوان لایه جاذب و همچنین ترکیبات آلی PEDOT:PSS و P3HT:PC61BM به عنوان ماده ی انتقال دهنده ی حفره است. در این پژوهش از نرم افزار پیشرفته ی کامسول با بستر گسترده برای طراحی سلول خورشیدی رنگدانه ای استفاده و مشخصه های جریان-ولتاژ و همچنین جذب اپتیکی سلول محاسبه شده است که با داده های تجربی مطابقت دارد. در این شبیه سازی عددی، چند سلول با ساختار متفاوت طراحی شده است، که بازده و مشخصات همه ی آن ها محاسبه شده است. در نهایت ساختار بهینه، سلولی با لایه های شیشه ی رسانای شفاف از جنس اکسید قلع آلائیده شده با ایندیم، دی اکسید تیتانیوم به عنوان لایه ی رسانای الکترون، رنگدانه مصنوعی N719 به عنوان لایه ی جاذب و ترکیب آلی PEDOT:PSS به عنوان لایه ی رسانای حفره و پلاتین به عنوان الکترود فلزی، تعیین شد. جریان اتصال کوتاه سلول بهینه 17.3 میلی آمپر، ولتاژ مدار باز آن 1.87 ولت ، بازده سلول 29.2 درصد، و میزان جذب بیشینه 0.83 وات بر متر محاسبه شد. همچنین در تعدادی از سلول ها، ضخامت لایه ی فعال تغییر داده شد و با افزایش و کاهش ضخامت و محاسبه ی مشخصه ی جریان-ولتاژ، ضخامت بهینه در سلول 500 نانومتر محاسبه شد.