طراحی نانوسطح پلاسمونیک اکسیدگرافن/نانونوارگرافن برای افزایش جذب نور در سلول خورشیدی لایه نازک سیلیکونی

در این تحقیق یک سطح جاذب نور متشکل از پشته ای از 6 لایه گرافن به ضخامت 6 نانومتر، اکسید گرافن به ضخامت 10 نانومتر و نانونوارهای گرافن به ابعاد 50نانومتر ?80 نانومتر برای افزایش جذب نور سلول لایه نازک سیلیکونی به ضخامت 600 نانومتر پیشنهاد شده است. پشته گرافن به عنوان اکسید رسانای شفاف، و نانوساختار اکسیدگرافن/نانونوارگرافن به عنوان دی الکتریک/فلز در نظرگرفته شده است. یک لایه آلومینیوم به ضخامت 100 نانومتر به عنوان اتصال پشتی سلول در نظر گرفته شده است. ویژگی های الکتریکی نانوساختارهای گرافنی بر اساس مدل ریاضی کوبو به دست می آیند. زیرا در این مدل امکان تنظیم سطح انرژی فرمی لایه گرافن وجود دارد. سطح انرژی فرمی لایه گرافن در فرمول کوبو برابر با 2.2 الکترون ولت منظور گردیده است. در مقایسه با سلول خورشیدی لایه نازک سیلیکونی سنتی که از سه لایه اکسیدایندینیم-تین/سیلیکون/نقره تشکیل می-شود، سلول پیشنهادی در دو محدوده طول موجی 300 الی 400 نانومتر و 620 الی 900 نانومتر، افزایش جذب نور قابل توجهی از خود نشان می-دهد. مکانیزم انتقال الکترون داغ در محدوده نزدیک به فرابنفش و تولید پلاسمون پلاریتون سطحی در نانوساختار اکسیدگرافن/نانونوارگرافن در محدوده نزدیک به فروسرخ، عامل افزایش جذب نور می باشند. شبیه سازی سلول پیشنهادی و سلول مرجع به روش ((تفاضل محدود حوزه زمان)) انجام گردیده است. بهبود چگالی جریان نوری معادل با 27%، بهبود چگالی جریان الکتریکی معادل با 17% و بهبود بازده تبدیل معادل با 18% گزارش گردیده است.

design of plasmonic go/gnr surface to enhance the light absorption of si-based thin film solar cell

an absorber surface consisting of a stack of 6 layers of graphene (flg), a graphene oxide (go) layer, and graphene nanoribbons (gnrs) is proposed to increase the light absorption of a silicon (si)-based thin film solar cell (tfsc). the flg is considered a transparent conductive oxide (tco), and the go@gnr nanostructure is considered a dielectric/metal interface. the electrical properties of the graphene nanostructure are obtained based on the kubo formalism, considering its fermi energy level to be 2.2 ev. a tfsc is designed and simulated with the structure of flg/go@gnr/si/al with a dimension of 6/10 @(50 × 80)/600/100 nm. the characteristics of the proposed cell are compared to a conventional tfsc with the structure of ito/si/ag. compared to the conventional tfsc, the proposed cell shows a significant increase in light absorption in two wavelength ranges, including 300-400 nm and 620-900 nm. the hot electron transfer from flg in the ultraviolet region and surface plasmon polariton in the go@gnr in the near-infrared region contribute to this improvement. the simulation results reveal a 27% increase in optical current density, a 17% increase in electric current density, and an 18% improvement in conversion efficiency.