طراحی و شبیه سازی نوری یک سامانه نوین قدرت زای نوری گرمایی مبتنی بر گسیلنده بلور فوتونی تانتالیومی و قدرت زای نوری InAs

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی، دانشگاه گلستان- دانشکده فنی و مهندسی گرگان محل تحصیل دکتری: دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بندر عباس فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی برق-الکترونیک

چکیده

در این مقاله طراحی و شبیه‌سازی نوری یک سامانه قدرت‌زای نوری گرمایی جدید ارائه شده است. در بخش گسیلنده سامانه از یک ساختار بلور فوتونی فلزی از جنس تانتالیوم و در بخش جذب‌کننده از یک قدرت‌زای نوری مسطح از جنس InAs استفاده شده است. در بخش جذب‌کننده برای بالا بردن مقدار جذب از پوشش ضد انعکاس از جنس سیلیکون نیتراید به ضخامت 200 نانومتر استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل از تکرار شبیه‌سازی‌های عددی نشان داده شد که با تنظیم دمای بخش گسیلنده بر روی 1650 درجه کلوین، طول‌موج نظیر بیشینه قله تابش نزدیک به مقدار 7/1 بوده و مقدار بهره کوانتومی داخلی بیشینه خواهد بود. به ازای دمای 1650 درجه کلوین، سامانه طراحی شده دارای بهره کوانتومی داخلی و جریان اتصال کوتاه به ترتیب 77% و 62 است. برای شبیه‌سازی نوری از روش FDTD و نیز برنامه‌های کدنویسی شده با استفاده از نرم افزار متلب استفاده شد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی نوری موید آن است سامانه قدرت‌زای پیشنهادی که مبتنی بر بخش گیرنده از جنس InAs است، به مانند سایر مواد با جذب بیشینه در باند میانه که در مرز تحقیقات روز قرار دارند (همچونGaSb، InGaAsSb و InGaAs )، دارای عملکرد مناسبی بوده و می‌تواند در سامانه‌های تبدیل انرژی حالت جامد به خوبی به‌کار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Optical Simulation of a New Thermophotovoltaic System Based on Ta-Photnic Crystal Emitter and InAs Photovoltaic Cell

نویسندگان [English]

  • kiazand fasihi 1
  • zahra tamaskani zahdi 2
چکیده [English]

In this paper, design and optical simulation of a new thermophotovoltaic system is presented. In the proposed system, a Ta photonic crystal structure is used as an emitter section, and an InAs planar photovoltaic cell is used as absorber section. Based on the numerical simulation results, when the temperature of the emitter section is set at 1650k, the wavelength corresponding to the peak power transmission is around 1.7 micrometer, and the internal quantum efficiency will be optimum. For the temperature of 1650k, the internal quantum efficiency and the short circuit current of 77% and 62.5 mA/cm2 are achieved, respectively. The FDTD numerical method and analytical method (using of Matlab software) are used for optical simulations. The simulation results show that the proposed thermophotovoltaic system which contains the InAs planar photovoltaic cell, has a good performance as other state of art material (GaSb, InGaAsSb and InGaAs) and could well be used in solid-state energy conversion systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photovoltaic cell
  • Optical simulation
  • Thermophotovoltaic
  • Photonic crystal