عنوان صفحهفهرست جدولهادفهرست شکلهاهفصل 1- مقدمه11-1- پیشگفتار11-2-تاریخچهی سلولهای خورشیدی11-3-انواع سلولهای خورشیدی21-3-1-نسل اوّل سلول های خورشیدی (سلول های کریستالی سیلیکون)21-3-1-1-فرآیند رشد کریستال های نیمه هادی ها21-3-1-2-سلول های خورشیدی کریستالی سیلیکونی41-3-2-نسل دوم سلول های خورشیدی (سلول های لایه نازک)41-3-2-1-سلول های خورشیدی لایه نازک سیلیکون51-3-2-2-سلول های خورشیدی لایه نازک کلکوپریت51-3-2-3-سلول های خورشیدی لایه نازک کادمیم تلوراید61-3-2-4-سلول های خورشیدی لایه نازک ارگانیک71-3-3-نسل سوم سلول های خورشیدی81-3-3-1-سلول های خورشیدی با پیوند چندگانه91-3-3-2-سلول های خورشیدی با طیف های ورودی چندگانه121-3-3-2-1-سلول ترموفوتوولتی121-3-3-2-2-سلول ترموفوتونی............................ ............................ 121-3-3-3-سلول های خورشیدی با مسیرهای جذب چندگانه131-3-3-4-سلول های خورشیدی با سطوح انرژی چندگانه141-3-3-5-سلول های خورشیدی با دماهای چندگانه141-3-4-سلول های خورشیدی نانوساختار151-3-5-استفاده از نانوسیم ها در سلول های خورشیدی151-3-5-1-معرفی نانوسیم................................ ................................ 151-3-5-2-ویژگی های الکتریکی و نوری نانوسیم161-3-5-3-سلول های خورشیدی مبتنی بر نانوسیم171-3-6-استفاده از نانولوله در سلول های خورشیدی201-3-6-1-معرفی نانولوله............................... ............................... 201-3-6-2-ویژگی های الکتریکی و نوری نانولوله ها211-3-6-3-سلول های خورشیدی مبتنی بر نانولوله221-4-استفاده از گرافن در سلول های خورشیدی251-5-ساختار پایاننامه25فصل 2-گرافن: ویژگی ها، کاربردها و روش های ساخت262-1-مقدمه262-2-ویژگی های گرافن262-2-1-ساختار اتمی گرافن262-2-2-ویژگی های الکتریکی والکترونیکی گرافن272-2-2-1-کریستال دو بعدی272-2-2-2-ساختار نواری مخروطی272-2-2-3-روش های ویژه جهت ایجاد گاف انرژی292-2-2-4-وابستگی جرم سیکلوترون به جذر چگالی حامل292-2-2-5-حامل های بار بدون جرم (فرمیونهای دیراک)302-2-2-6-حداقل رسانایی غیر صفر312-2-2-7-ترابرد بالیستیک.............................. .............................. 312-2-2-8-اثر هال کوانتومی غیر معمول و پدیده ی فاز بری332-2-2-9-اثر میدان آمبایپلار ( آلایش الکتروستاتیک )332-2-3-ویژگی های نوری گرافن342-3-روش های ساخت گرافن352-4- نانو نوارهای گرافن36فصل 3-روش تابع گرین غیرتعادلی و کاربرد آن در شبیه سازی ادوات نیمه هادی393-1-مقدمه393-2-مفهوم ریاضی تابع گرین393-3-روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)413-3-1-مفاهیم مقدماتی413-3-2-استفاده از NEGF برای شبیه سازی ترابرد بالیستیک(بدون تلفات)443-3-3-استفاده از روش NEGF در شبیه سازی ترابرد غیر بالیستیک(تلفاتی)463-3-3-1-درهمکنش الکترون- الکترون463-3-3-2-درهمکنش های الکترون- فونون و الکترون-فوتون473-3-4-پایه های نمایش در روش NEGF (فضای واقعی و فضای مود)49فصل 4-روش شبیه سازی504-1-مقدمه......................................... ......................................... 504-2-فلوچارت کامل شبیه سازی504-3-تشکیل همیلتونین524-3-1-همیلتونین در فضای حقیقی534-3-2-تبدیل همیلتونین به نمایش در فضای مود544-4-خود-انرژی ناشی از اتصالات574-5-خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون584-6-چالش های محاسباتی در شبیه سازی عددی594-7-راه حل های ممکن جهت عبور از چالش های محاسباتی60فصل 5-نتایج شبیه سازی615-1-مقدمه615-2-نتایج شبیه سازی61فصل 6-پیشنهادات646-1 بررسی و مطالعه ی دقیق بر روی راه حل های شبیه سازی عددی سلول های خورشیدی نانوساختار با استفاده از روش NEGF و بهره بردن از تکنیک های تسریع محاسبات از جمله برنامه نویسی موازی به منظور دست یابی به نتایج قابل قبول علمی646-2 شبیه سازی سلول خورشیدی مبتنی بر گرافن با استفاده از ساختار ابر-شبکه (به روشه ای مختلف)646-3 طراحی مدل جدیدی از IB-QD-SC با استفاده از ساختار ابر شبکه ی گرافن646-4 شبیه سازی سلول های خورشیدی و آشکارسازهای نوری پلاسمونیک با استفاده از گرافن و طلا (با کمک Comsol)646-5 طراحی سلول خورشیدی با جذب نور بسیار بالا به وسیله ی گرافن چند لایه به همراه لایه های میانی شفاف (مثلا H-BN)64فهرست مراجع65 فهرست جدولهاعنوان صفحهجدول 1‑1- بازده سلول های خورشیدی با 1 تا 4 پیوند به ازای Egهای مختلف11جدول 1‑2- کاربرد نانولوله های کربن در سلول های خورشیدی22جدول 2‑1- موبیلیتی در نمونه های مختلف گرافن31 فهرست شکلهاعنوان صفحهشکل 1‑1- نمونه ای از یک سلول خورشیدی لایه نازک4شکل 1‑2- سلول خورشیدی لایه نازک سیلیکون با چند پیوند5شکل 1‑3- ساختار متداول یک سلول خورشیدی CuInSe26شکل 1‑4- ساختار مرسوم سلول خورشیدی لایه نازک CdTe7شکل 1‑5- تقسیم طیف خورشید به سه ناحیه ی مختلف برای جذب توسط سلول خورشیدی با سه پیوند پشته ای10شکل 1‑6- نمودار بازده بر حسب گاف انرژی برای الف.سلول تک پیوند ب. سلول دو- پیوند و ج. سلول سه- پیوند سری در حالت ایده آل11شکل 1‑7- نمایش مفهومی سلول ترموفوتوولتی(TPV)12شکل 1‑8- نمایش مفهومی سلول ترموفوتونی(TPX)13شکل 1‑9- فرآیندهای جذب جدید13شکل 1‑10- نمایش مفهومی سلول های خورشیدی MEL، الف.باند میانی ب. چاه کوانتومی14شکل 1‑11- نمایش مفهومی یک سلول خورشیدی با حامل داغ15شکل 1‑12- نانوسیم های با پیوند شعاعی و محوری(به ترتیب)18شکل 1‑13- انواع کاربرد نانوستون ها در سلول های خورشیدی19شکل 1‑14- مقادیر ISC،VOC و بازده( به ترتیب از چپ به راست) سلول خورشیدی مبتنی بر نانوسیم بر حسب غلظت آلایش20شکل 1‑15- ساختار نواری نانولوله کربن؛ الف) نیمه هادی(0و10)و ب) فلز(5و5)21شکل 2‑1- ساختار نواری گرافن در نزدیکی نقاط دیراک 28شکل 2‑2- وابستگی جرم سیکلوترون به چگالی حامل در گرافن[53].مقادیر مثبت و منفی n به ترتیب به چگالی الکترون و حفره اشاره دارند.30شکل 2‑3- مسیر آزاد میانگین(الف) و موبیلیتی حاملها(ب) در یک نمونه گرافن معلق، قبل(آبی) و بعد(قرمز) از بازپخت؛ و مقایسه ی آن با حالت بالیستیک(خط چین)[56]32شکل 2‑4- اثر میدان آمبایپلار در گرافن33شکل 2‑5- استفاده از اثر میدان آمبایپلار در یک آشکار ساز pin34شکل 2‑6- نانونوارهای آرمچر(الف) و زیگزاگ(ب) 37شکل 2‑7- وابستگی عرض نانونوارهای آرمچر به عرض 37شکل 4‑1- فلوچارت کلی شبیه سازی51شکل 4‑2- فلوچارت روش NEGF (با جزییات)52شکل 4‑3- سلول یکه و پارامترهای مورد نیاز A-GNR نمونه برای استفاده در مدل تنگ-بست53شکل 4‑4- ارتباط میان نمایش در فضای حقیقی و فضای مود[73]55شکل 4‑5- نمایش اثر اتصالات بر کانال در نمایش های فضای حقیقی و مود[73]58شکل 5‑1- پروفایل پتانسیل در حالت تاریکی62شکل 5‑2- منحنی جریان - ولتاژ در دو حالت : بدون تابش(آبی) و با وجود تابش نور (قرمز)62شکل 5‑3- منحنی توان سلول خورشیدی و تطابق آن با منحنی جریان-ولتاژ62شکل 5‑4- مشخصه های مهم سلول خورشیدی شبیه سازی شده63انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین می‌باشد. این انرژی به صورت مستقیم و غیرمستقیم میتواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد[[i]].به طور کلی انرژی متصاعد شده از خورشید در حدود 3.8e23 کیلووات در ثانیه می‌باشد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی می‌باشد. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایرانو پراکندگی روستاهای کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد[1].با توجه به استانداردهای بین‌المللیاگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳.۵کیلووات ساعت در مترمربع باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. این در حالی است که در بسیاری قسمتهای ایران، انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸کیلووات ساعتبر مترمربع اندازهگیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵کیلو واتساعت بر مترمربع است[1].