دانلود پایان نامه

آورده شده است.

شکل‏۲-۹ – ضرایب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) CdS اندازهگیری شده توسط بنلتار و همکاران [۳۰].
مقدار Rsol بسیار پایین است. درنتیجه این پوشش برای خنککاری در روز مناسب نیست. ولی با توجه به مقدار بسیار بالای T8-13 میتواند برای خنککاری در شب مناسب باشد.

جدول ‏۲-۴- خواص تشعشعی متوسط یک لایه نازک CdS به ضخامت ۱ mm ، اندازهگیری شده توسط بن لتار و همکاران [۳۰]
پوشش
Tsol
Rsol
Asol
T8-13
R8-13
A8-13
CdS
۳/۰
۰۲/۰
۶۸/۰
۸/۰
۱۹/۰
۰۱/۰
مهیب (Mouhib) و همکاران [۳۱] در سال ۲۰۰۹ پوشش فولاد زنگ نزن۱۹ و قلع روی شیشه را مورد بررسی تجربی قرار داد. نمودار خواص اندازهگیری شده در دوجهت side 1 (شیشه رو به بالا) و side 2 (شیشه رو به پایین) در شکل ۲-۱۰ و خواص تشعشعی متوسط در محدوده تشعشعی خورشید و پنجره اتمسفری در جدول ۲-۵ آورده شده است.

شکل‏۲-۱۰ – ضرایب بازتاب (R) ، عبور (T) و جذب (A) اندازهگیری شده برای ترکیب شیشه (۳ mm) ، فولاد زنگ نزن (۴۵ nm) و قلع (۱۹۵ nm) توسط مهیب و همکاران. شکل سمت راست مربوط به side 1 و شکل سمت چپ مربوط به side 2 است [۳۱].
ضریب عبور در محدوده پنجره اتمسفری بسیار پایین است، بنابراین این پوشش نمیتواند پوشش چندان مناسبی باشد. از طرفی به علت بالا بودن ضریب جذب ناحیه خورشیدی، خنککاری در طول روز نمیتواند در عمل امکان پذیر باشد.
جدول ‏۲-۵- خواص تشعشعی متوسط ساختار شیشه ، فولاد زنگ نزن و قلع ، اندازهگیری شده توسط مهیب و همکاران [۳۱]
پوشش
Tsol
Rsol
Asol
T8-13
R8-13
A8-13
Side 1
۰۰۷/۰
۵۱۷/۰
۴۷۶/۰
۰۳۳/۰
۰۸۳/۰
۸۸۴/۰
Side 2
۰۱/۰
۳۹۹/۰
۵۹۱/۰
۰۱۲/۰
۴۴/۰
۵۴۸/۰
توان خنککاری محاسبه شده برای این ساختار در دمای محیط تنها ۲۷.۹ w/m2 محاسبه شده، که به توجه به مقدار قابل پایین T8-13 قابل پیشبینی است. مهیب با تست این پوشش در کشور مراکش به ۶ درجه افت دما در شب رسید و همچنین نشان داد که خنککاری به جز یک بازه زمانی ۶ ساعته در حوالی ظهر امکانپذیر است (شکل ۲-۱۱).

شکل ‏۲-۱۱ – نمودار دمای محیط (Tamb) و مینیمم دمای ثبت شده (Trad) در طول ساعات روز توسط مهیب و همکاران [۳۱]
بتگیت (Bathgate) و همکاران [۳۲] در سال ۲۰۱۱ با مقایسهی ZnS و پلی اتیلن نشان دادند که، ZnS علاوه بر ضریب عبور بالاتر در محدوده پنجره اتمسفری به علت استحکام مکانیکی بالاتر پوشش مناسبتری برای کاربرد در خنککاری تشعشعی خواهد بود.
والکونن (Valkonen) و همکاران [۳۳] در سال ۱۹۸۷ با در نظر گرفتن یک ساختار چندلایه فلزی و با استفاده از روش ماتریسی، ضخامت بهینه لایه فلزی را جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی محاسبه کرد. وی فلزات مس، نقره و طلا را در محاسباتش در نظر گرفت.
جین (Jin) و همکاران [۳۴] در سال ۱۹۸۸ با بررسی تجربی پوشش لایه نازک ZnO/Al نشان دادند در ضخامت بهینه این پوشش با ضریب جذب حدودا ۱۰ درصد در ناحیه مرئی و ضریب بازتاب ۸۵ درصد در ناحیه مادون قرمز میتواند به عنوان آینه حرارتی کاربرد داشته باشد.
چودوری (Choudhury) و همکاران [۳۵] در سال ۱۹۸۹ با بررسی تجربی لایهنازک SnO2/Sb نشان دادند ضریب عبور این ترکیب در ناحیه مرئی حدود ۸۵ درصد است درحالی که ضریب عبور در ناحیه مادون قرمز حدود ۸۰ درصد است و درنتیجه این ساختار میتواند به عنوان یک آینه حرارتی مورد استفاده قرار گیرد.
اندرسون (Andersson) و همکاران [۳۶] در سال ۱۹۹۴ به صورت تجربی نشان دادند که ساختار چندلایه ZrO2/ZrN/ZrO2 میتواند با ضریب عبور حدودا ۶۰ درصد در ناحیه نور مرئی و ضریب صدور حدود ۲۰ درصد در ناحیه مادون قرمز میتواند یک ساختار مناسب برای کاربرد به عنوان یک آینه حرارتی باشد. نسبت ضریب عبور ناحیه مرئی به ناحیه خورشیدی در این ساختار ۷/۱ است.
ژانگ (Zhang) و همکاران [۳۷] در سال ۱۹۹۶ با بررسی تجربی دو ساختار ZnS/Al و ZnS/Ag با ضخامتهای متفاوت، جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی، نشان داد که نشان داد که ساختار بهینه ZnS/Ag در ضخامت ۱۵ نانومتر از ZnS و ۲۰ نانومتر از نقره بدست میآید. وی همچنین نشان داد که ساختار بهینه ZnS/Al در ضخامت ۱۵ نانومتر از ZnS و ۱۰ نانومتر از Al رخ میدهد، ولی ساختار ZnS/Ag جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی مناسبتر است.
جی (Jie) و همکاران [۳۸] در سال ۱۹۹۸ به کمک روابط تئوری هاگن-روبنز۲۰ و متد D-R خواص تشعشعی یک لایه نازک روی شیشه را جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی مورد بررسی قرار دادند. اندازهگیریهای جی نشان میدهند که روابط هاگن-روبنز در مورد اکسیدهای نیمه رسانا دقت مناسبی ندارند.
تازاوا (Tazawa) و همکاران [۳۹] در سال ۲۰۰۴ به کمک محاسبات نظری و اندازهگیری تجربی نشان دادند، در صورتی که ضخامت لایه بالایی TiO2 در ساختار TiO2/TiN/TiO2 بین ۳۵۰ تا ۴۰۰ نانومتر یا برابر ۱۱۷۰ نانومتر باشد، این ساختار بهترین عملکرد را به عنوان یک آینه حرارتی خواهد داشت.
آلوارز (Alvarez) و همکاران [۴۰] در سال ۲۰۰۵ پوشش لایه نازک ZnS/CuS و ZnS/Bi2S3/CuS را بر روی یک لایهی ۳ میلیمتری شیشه مورد بررسی تجربی قرار داد. نتایج وی نشان میدهد ساختار اول در محدوده تشعشع خورشیدی و همچنین محدوده مرئی ضریب عبور بسیار بالاتری دارد، در حالیکه هر دو ساختار در محدوده مادون قرمز ضرایب عبور نزدیک به هم دارند.
دوبریکوف (Dobrikov) و همکاران [۴۱] در سال ۲۰۰۹ با بررسی تجربی یک لایه نازک ITO و ساختار TiO2/ITO نشان داد که در مورد هر دو ساختار ضریب عبور در ناحیه مرئی بزرگ است. ولی ضریب بازتاب فیلم ITO در ناحیه مادون قرمز از حدود ۵۰ درصد بیشتر نیست، در حالی که با اضافه کردن یک لایه TiO2 میتوان ضریب عبور مادون قرمز را تا حدود ۷۰ درصد افزایش داد.
الکهیلی (Al-Kuhaili) و همکاران [۴۲] در سال ۲۰۱۲ ساختار WO3/Au/WO3 را جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی مورد بررسی تجربی قرار داد. وی ضرایب عبور و بازتاب متوسط در ناحیه تشعشع خورشید، ناحیه نور مرئی و ناحیه مادون قرمز را برحسب ضخامت لایه طلا اندازهگیری کرد. این مقادیر در جدول ۲-۶ آورده شده اند. ضخامت WO3 برابر ۳۴ nm در تمام موارد ثابت است.
جدول ‏۲-۶- خواص تشعشعی متوسط ساختار WO3/Au/WO3 اندازهگیری شده توسط الکهیلی و همکاران [۴۲]
ضخامت Au
Tsol
Rsol
Tvis
Tvis/Tsol
Rvis
RIR
۲۰ نانومتر
۶۶۹/۰
۱۱۳/۰
۷۶۲/۰
۱۴/۱
۰۷۹/۰
۲۴۶/۰
۲۸ نانومتر
۶۵/۰
۱۹۳/۰
۷۷۷/۰
۲/۱
۰۵۳/۰
۵۰۲/۰
۳۶ نانومتر
۶۰۱/۰
۲۳۲/۰
۷۹/۰
۳۱/۱
۰۱۴/۰
۶۰۳/۰
۴۴ نانومتر
۵۴۱/۰
۲۸۴/۰
۷۶۵/۰
۴۱/۱
۰۱۸/۰
۶۶۹/۰
همانطور که دیده میشود در این ساختار Tvis و RIR هر دو مقادیر بزرگی دارند و در نتیجه، این ساختار جهت کاربرد به عنوان آینه حرارتی بسیار مناسب است.
در سال های اخیر سلول های خورشیدی لایه نازک مورد توجه برای کاربردهای فضایی قرار گرفتند. ضریب صدور سلولهای خورشیدی موجود ناچیز است (حدود۱۸/۰). به همین دلیل حرارت در سطح افزایش می یابد و منجر به افزایش دما در سلول می شود و این افزایش دما بر کارکرد مطلوب سلول خورشیدی تاثیر منفی می گذارد. جهت غلبه بر این مشکل می بایست از پوشش هایی با ضریب صدور بالا استفاده نمود. این پوشش ها با ضریب صدور بالا منجر به تنظیم دمای مناسب سطح می شود[۴۳و۴۴].
شیمازاکی (Shimazaki) و همکاران [۴۵] جهت افزایش ضریب صدور سلول خورشیدی، از دو نوع پوشش استفاده نمود. پوششهای وی شامل یک لایه دی اکسید سیلیکون و یک لایه اکسید آلومینیم و نیز دو لایه از دی اکسید سیلیکون بود.
استفاده از پوشش ها موجب افزایش ضریب صدور سلول خورشیدی شد. افزایش ضریب صدور منجر به تعادل دمایی و بازده مناسب برای سلول های خورشیدی در فضا شد. وی به کمک آزمایشهای تجربی ضرایب بازتاب را بدست آورد. نتایج وی نشان داد، استفاده از لایههای نازک به عنوان پوشش منجر به کاهش ضریب بازتاب و افزایش ضریب صدور می شود. افزایش ضخامت پوشش منجر به کاهش بیشتر ضریب بازتاب شد.
شیمازاکی نشان داد، اگرچه جذب بیشتر با پوشش ضخیم تر بدست می آید ولی ضخامت پوشش جهت حصول ضریب صدور بیشینه، باید بهینه شود. نتایج نشان داد که، افزایش ضخامت پوشش از یک حد معین منجر به افزایش محسوس در ضریب صدور نمی شود. استفاده از پوشش ضخیم منجر به افزایش تنش، افزایش زبری، افزایش زمان تولید و افزایش هزینه ی پوشش میشود.
همچنین استفاده از پوشش های خیلی ضخیم منجر به ترک خوردن و جدا شدن از سطح سلول های خورشیدی میشود و از اینرو این پوششهای خیلی ضخیم جهت کاربردهای فضایی غیر عملی می باشد. شیمازاکی پیشنهاد داد، به جای استفاده از یک پوشش خیلی ضخیم از دو لایه با ضخامت کمتر استفاده شود.
حاجی میرزا و همکاران [۴۶] در سال ۲۰۱۲ خواص هندسی بهینه را برای پوشش نوسانی دوبعدی (شکل ۲-۱۲) و سهبعدی (شکل ۲-۱۳) نقره روی یک سلول خورشیدی a-Si، جهت ضریب جذب بیشینه محاسبه کردند. محاسبات از روش عددی FDTD انجام شده و از سه الگوریتم بهینهسازی Quasi Newton BFGS ، Simulated Annealing و Tabu Search استفاده شده، که دو الگوریتم آخر مناسبتر توصیف شدهاند. تا ۵۲ درصد افزایش ضریب جذب در بهترین حالت محاسبه شده است.

شکل‏۲-۱۲ – پوشش نوسانی دوبعدی[۴۶]

شکل ‏۲-۱۳ – پوشش نوسانی سهبعدی[۴۶]

۳- فصل سوم
فصل سوم: محاسبه خواص تشعشعی لایههای نازک
در این فصل نحوه محاسبه خواص تشعشعی برای یک سطح، یک لایه ضخیم و یک ساختار چندلایه، شامل یک لایه ضخیم و تعداد معینی پوشش لایهنازک ارائه خواهد شد.
۳-۱ ضریب شکست و بردار موج مختلط [۴۷]
ضریب شکست مختلط به صورت زیر تعریف میشود:
‏۳-۱
در این رابطه ضریب شکست، و نشاندهنده ضریب استهلاک۲۱، میباشد. بردار موج به صورت یک بردار در جهت انتشار موج الکترومغناطیسی، با بزرگی تعریف میشود. بردار موج مختلط ()، به طور مشابه تعریف میشود. عدد موج مختلط از رابطهی ۳-۲ محاسبه میشود.
‏۳-۲
و به طور معادل روابط زیر برقرار است:
‏۳-۳
‏۳-۴
‏۳-۵
۳-۲ پولاریزاسیون s و p [47و۴۸]
هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی به یک سطح برخورد میکند، صفحهای که شامل بردار نرمال صفحه و بردار موج است صفحه برخورد نامیده میشود. در صورتیکه بردار E بر این صفحه عمود باشد پلاریزاسیون از نوع s و در صورتیکه بردار E در صفحه برخورد قرار داشته باشد، پلاریزاسیون از نوع p خواهد بود.
۳-۳ محاسبه خواص تشعشعی سطح مشترک دو محیط [۴۷ و ۴۹]
در این بخش روابط مربوط به محاسبه خواص تشعشعی فصل مشترک دو

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید