علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

بهینه سازی طراحی بازتابنده های براگ توزیع یافته مبتنی بربلور های فوتونی یک بعدی حاوی مواد دوبعدی گالیم سولفید و گالیم سلناید برای سلول های خورشیدی فضایی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ملایر، همدان، ایران
2 دانشجوی کارشناسی، گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ملایر، همدان، ایران
چکیده
سلول‌های خورشیدی فراگیرترین و قابل اعتمادترین سیستم‌های تولید انرژی برای کاربردهای هوافضا هستند. بازتابنده‌های براگ توزیع یافته باعث به دام افتادن نور عبوری از سلول خورشیدی می‌شوند که در نتیجه راندمان تبدیل توان سلول‌های خورشیدی را بهبود می‌بخشند. بنابراین طراحی دقیق این ساختارها بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش، بلورهای فوتونی یک‌بعدی مبتنی بر مواد دوبعدی GaSوGaSe بر اساس ماتریس مشخصه اپتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. ساختار اول بلور فوتونی یک‌بعدی شامل چندلایه‌هایی از مواد دوبعدی گالیم سلناید و میکای مسکویت [GaSe/Mica]Nو طراحی دوم حاوی چندلایه‌هایی از مواد دو‌بعدی گالیم سولفید با لایه دوم یکسان با طراحی اول [GaS/ Mica]N است. در ساختارهای طراحی شده با افزایش ضخامت لایه‌های مورد نظر پهنای گاف باندی فوتونی افزایش یافته و طول موج اولیه و نهایی پنجره بازتابی به سمت طول موج‌های بلند‌تر انتقال پیدا می‌کند. پارامترهای نوری بهینه‌سازی شده و طیف‌های بازتابی بررسی شده بیانگر محدوده طول موجی پهن‌تر ماده دو‌بعدی GaSe نسبت به GaSمی‌باشد. برای بررسی نقش ساختارهای DBR طراحی‌ شده بر پارامترهای اساسی سلول‌های خورشیدی فضایی، از مدل سلول خورشیدی تک دیودی با اثرات تابشی در شرایط AM0 برای مدار LEO در حالت‌های BOL و EOL استفاده کرده‌ایم. از نتایج به‌ دست‌آمده از این رویکرد می‌تواند به‌طور مؤثر برای بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی فضایی مورد استفاده قرار گیرد. از این رهیافت می‌توان به طور مؤثری برای بهبود کارایی سلول خورشیدی فضایی بهره برد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] R.Verduci et al., ''Solar energy in space applications: Review and technology perspectivas,'' Advanced Energy Materials, vol. 12, no. 12, 2022, Art. no. 2200125, https://doi.org/10.1002/aenm.202200125.
[2] A. H. Aly and H. Sayed, "Enhancement of the solar cell based on nanophotonic crystals," Journal of Nanophotonics, vol. 11, no. 4, 2017, Art. no. 046020 https://doi.org/10.1117/1.JNP.11.046020.
[3] P. You, G. Tang, and F. Yan, "Two-dimensional materials in Perovskite solar cells," Materials Today Energy, vol. 11, pp. 128-158, 2019, https://doi.org/10.1016/j.mtener.2018.11.006.
[4] I. M. Santos et al., "Next-generation solar-powering: Photonic strategies for Earth and space systems," Solar RRL, vol. 9, no. 7, 2025, Art. no. 2400061, https://doi.org/10.1002/solr.202400666.
[5] S. Das, D. Pandey, J. Thomas, and T. Roy, "The role of graphene and other 2D materials in solar photovoltaics," Advanced Materials, vol. 31, no. 1, 2018, Art. no. 1802722, https://doi.org/10.1002/adma.201802722.
[6] R. S. Dubey, S. Saravanan, and S. Kalainathan, "Performance enhancement of thin film silicon solar cells based on distributed Bragg reflector & diffraction grating," AIP Advances, vol. 4, 2014, Art. no. 127121, https://doi.org/10.1063/1.4904218.
[7] R. Biswas, J. Bhattacharya, B. Lewis, N. Chakravarty, and V. Dalal, "Enhanced nanocrystalline silicon solar cell with a photonic crystal back-reflector," Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 94, no. 12, pp. 2337–2342, 2010, https://doi.org/10.1016/j.solmat.2010.08.007.
[8] A. Martí and G. L. Araújo, "Limiting efficiencies for photovoltaic energy conversion in multigap systems," Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 43, no. 2, pp. 203-222, 1996, https://doi.org/10.1016/0927-0248(96)00015-3.
[9] A. Soman and A. Antony, "Tuneable and spectrally selective broadband reflector–modulated photonic crystals and its application in solar cells," Solar Energy, vol. 162, pp. 525–5302, 2018, https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.01.061.
[10] K. Sankar, R. Manoharan, S. Saif, and T. P. Rose, "An optimum design of one dimensional photonic crystal for solar cell applications," in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 1219, Chennai, India, 2022, Art. no. 012047, https://doi.org/10.1088/1757-899X/1219/1/012047.
[11] A. Abderrahmane, K. Senouci, B. Hachemi, and P. J. Ko, "2D gallium sulfide-based 1D photonic crystal biosensor for Glucose concentration detection," Materials, vol. 16, no. 13, 2023, Art. no. 4621, https://doi.org/10.3390/ma16134621.
[12] M. R. Patel, Spacecraft Power Systems, 1st. ed. Boca Raton: CRC Press, 2005, https://doi.org/10.1201/9781420038217.
[13] Space Environment Standards, ECSS-E-10-4A, ESA, Noordwijk, The Netherlands, 2025.
[14] V. L. Pisacane, Fundamentals of Space Systems, 2rd ed. Oxford: University Press, 2005.
[15] B. E. Anspaugh, GaAs Solar Cell Radiation Handbook, National Aeronautics and Space Administration (NASA), Pasadena, California: 1996.
[16] A. Luque and S. Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, 2re ed. John Wiley, 2003.
[17] N. S. Fatemi, H. E. Pollard, H. Q. Hou, and P. R. Sharps, "Solar array trades between very high-efficiency multi-junction and Si space solar cells," in Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE Photovoltaic Specialists Conference 2000 (Cat. No.00CH37036), Anchorage, AK, USA, 2000, pp. 1083-1086, https://doi.org/10.1109/PVSC.2000.916075.
[18] L. Castaner and S. Silvestre, Modeling Photovoltaic Systems Using PSpice, John Wiley, 2002.
[19] A. Goetzberger, J. Knobloch, B. Voss, Crystalline Silicon Solar Cells, John Wiley & Sons, LTD, 1998.
[20] H. Sayed, A. M. Ahmed, A. Hajjiah, M A. Abdelkawy, and A. H. Aly, "Optimization of amorphous silicon solar cells through photonic crystals for enhanced optical properties," Scientific Reports, vol. 15, 2025, Art. no. 16529, https://doi.org/10.1038/s41598-025-00443-2
دوره 18، شماره 3
1404
صفحه 51-60

  • تاریخ دریافت 26 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 01 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 13 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 13 مهر 1404