Fotonik ve metamateryal yapıların fotovoltaikteki uygulamaları
The applications of photonic and metamaterial structures in photovoltaics
Yazar: SEDA PALABIYIK
Danışman: PROF. DR. HALUK ŞAFAK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, kızılötesi ve solar spektrum bölgelerinde tasarlanan bazı soğurucu tabaka modelleri incelenmiş, bu modellerde çeşitli metal ve yarıiletken malzemelerin ve ayrıca geometri parametrelerinin optik soğurma tepkisi üzerine etkisi belirlenmiştir. Göz önüne alınan yapılar için, FDTD metodu yardımıyla, açık kaynak kodu MEEP yazılımı kullanılarak simülasyonlar, gerçekleştirilmiştir. Kızılötesi bölgede ele alınan dikdörtgen güneş pili (Benchmark) modeli için hesaplamalar sonucunda, Ti-GaN metal-yarıiletken çifti ve t=0.45μm, w=0.4μm, h=0.2μm ve d=2 μm optimum geometri değerlerinde %99.7 mertebesinde soğurma elde edilmiştir. Solar spektrumda incelenen her üç modelde de en iyi sonuçları W-CdTe çifti vermektedir ve dikdörtgen güneş pili modelinde t=0.25μm, t_m=0.4μm, h=0.2μm, w=0.1μm, d=4μm, üçgen güneş pili modelinde t=0.40μm, t_m=0.4μm, h=0.4μm, w=0.1μm, d=4μm ve yarı-dairesel güneş pili modelinde t=0.40μm, t_m=0.4μm, r=0.15μm d=4μm optimum geometri değerleri için en iyi soğurma spektrumları elde edilmiştir. Ek olarak, solar spektrum bölgesinde, dielektrik katsayısının sanal kısmının, Lorentz-Drude dispersiyon ifadesindeki γ sönüm sabitinin ve kullanılan metal alt tabakanın kalınlığının optik soğurma üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Solar spektrum bölgesindeki simülasyonlarda, en yüksek soğurma spektrumuna sahip yapının üçgen güneş pili modeli olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this thesis study, several absorbing layer models, proposed for the infrared and solar spectrum, have been analyzed and also the effects of metal and semiconductor selection, and the geometrical parameters on the optical absorption spectra have been determined. For the models considered, many optical simulations were performed using the open-source MEEP software, in the frame of FDTD method. In infrared region, for the rectangular solar cell (benchmark) model, using Ti-GaN metal-semiconductor pair and t=0.45μm, w=0.4μm, h=0.2μm  ve d=2 μm  geometrical parameter values, a high absorption value of about %99.7 has been obtained. In solar spectrum, best results were found for the W-CdTe pair in all three models considered, and best absorption spectra were obtained for  t=0.25μm, t_m=0.4μm, h=0.2μm, w=0.1μm, d=4μm, values in the rectangular solar cell model, for t=0.40μm, t_m=0.4μm, h=0.4μm, w=0.1μm, d=4μm values in the triangular solar cell model and for t=0.40μm, t_m=0.4μm, r=0.15μm d=4μm values in the semi-circle solar cell model. In addition to these computations, some extra simulations were performed in the solar spectral region to get a better understanding about the effects of the imaginary part of dielectric constant, the γ extinction parameter in the Lorentz-Drude dispersion equation and also the thickness of metal substrate on the optical absorption spectra. In solar spectrum simulations, it was seen that best absorption spectra are obtained for the triangular solar cell model.