مطالعه عددی چگالی جریان اتصال- کوتاه و جذب در لایه فعال سلول‌های خورشیدی آلی در حضور نانوذرات استوانه‌ای

در این پژوهش، با استفاده از روش تفاضلات متناهی حوزه زمان، تاثیر حضور نانواستوانه‌های آلومینیومی توپر و شامل حفره‌هایی به شکل بیضی‌وار (هسته‌ها) بر روی کمیت‌های چگالی جریان اتصال- کوتاه و جذب در سلول خورشیدی آلی ito/pedot:pss/p3ht:pcbm/zno/al  بررسی شده است. نانوذرات در الگویی هگزاگونالی شکل در داخل لایه p3ht:pcbm و در مرز با لایه zno‌ واقع شده‌اند. برای شبیه‌سازی از الگوی طیفی استاندارد خورشید 5ر1am در محدوده طیفی  nm1200-300 استفاده شده است. محاسبات نشان داده است که حضور نانواستوانه‌های مختلف‌ باعث بهبود چشم‌گیر در مقادیر کمیت‌های بالا می‌شود. این افزایش به‌ویژه در محدوده طول موج‌های بالا چشم‌گیرتر است. علاوه بر این، وجود نانواستوانه‌ها ضخامت بهینه‌  nm‌150 را برای لایه فعال p3ht:pcbm‌، سلول خورشیدی ایجاد می‌کند، به‌طوری که کمیت‌های بیان‌شده، بالاترین مقادیر را دارند. این ضخامت بهینه مستقل از وجود هسته‌های دی‌الکتریک در نانواستوانه‌ها می‌باشد. مقایسه نتایج محاسبات در شرایط مختلف نشان می‌دهد که وقتی ضخامت لایه فعال  nm‌150‌، ارتفاع و شعاع نانواستوانه‌ها  nm50‌ و ‌nm 15 و حفره‌های بیضی‌وار شکل دارای شعاع‌های کوچک و بزرگ nm 1 و nm 15 باشند، چگالی جریان اتصال- کوتاه و جذب سلول خورشیدی موردنظر دارای بهینه‌ترین مقادیر خود می‌باشند.

numerical study of short-circuit current density and absorption in the active layer of organic solar cells in the presence of cylindrical nanoparticles

in the present reaserch, using the finite difference time domain method (fdtd), the effect of the presence of solid aluminum nanocylinders containing elliptical holes (cores) on the quantities of short-circuit current density and absorption was investigated in the ito/pedot:pss/p3ht:pcbm/zno/al organic solar cell. the nanoparticles are located in a hexagonal pattern inside the p3ht:pcbm layer and on the border with the zno layer. for simulation, the standard spectral pattern of the sun am1.5 was used in the spectral range of 300-1200 nm. calculations showed that the presence of different nanocylinders caused a significant improvement in the values of  high quantities. this was particularly noticeable in the range of high wavelengths. in addition, the presence of nanocylinders created an optimal thickness of 150 nm for the active layer of p3ht:pcbm solar cell, so the mentioned quantities had the highest values. this optimal thickness was independent of the presence of dielectric cores in nanocylinders. comparing the calculation results under different conditions showed that when the thickness of the active layer was 150 nm, the height and radius of the nanocylinders were 50 nm and 15 nm, and the elliptical holes had small and large radii of 1 nm and 15 nm, respectively. the short-circuit current density and absorption of the intended solar cell had their optimal values.