Моделювання характеристик тонкоплівкових GaAs і органічних D18:L8-BO сонячних елементів

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorГільчук, А. В.
dc.contributor.authorСіряк, Тетяна Вікторівна
dc.date.accessioned2026-02-23T12:14:36Z
dc.date.available2026-02-23T12:14:36Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractАктуальність теми. Зростання потреб у чистій енергії та обмеженість традиційних джерел зумовлюють необхідність розвитку сонячних технологій. Особливої уваги набувають органічні та GaAs-сонячні комірки завдяки високій ефективності, гнучкості та потенціалу для масштабування. Актуальність теми полягає у дослідженні й чисельному моделюванні таких комірок з метою оптимізації їх параметрів для підвищення ефективності. Мета і задачі дослідження. Метою роботи є чисельне дослідження роботи органічних та неорганічних напівпровідникових сонячних елементів; аналіз впливу параметрів елементів і температури на їх фотоелектричні характеристики; визначення оптимальних умов, що забезпечують найвищу ефективність пристрою. Для досягнення мети було визначено такі завдання: - Розробити багатошарові моделі сонячних елементів на основі GaAs та D18:L8-BO у середовищі OghmaNano. - Провести верифікацію моделей за теоретичними даними для підтвердження достовірності результатів. - Проаналізувати вплив товщини активного шару, концентрації домішок, температури й освітленості на параметри VOC, JSC, FF та PCE. - Побудувати вольт-амперні характеристики для оцінки фотоелектричної продуктивності комірок у різних режимах роботи. - Виконати порівняльний аналіз органічних та неорганічних структур для визначення переваг та обмежень кожної з технологій. Об’єкт дослідження. Сонячні елементи на основі арсеніду галію (GaAs) та органічного матеріалу D18:L8-BO. Предмет дослідження. Фотоелектричні характеристики та фізикотехнологічні параметри багатошарових сонячних елементів; методи чисельного моделювання процесів поглинання, перенесення та рекомбінації носіїв заряду. Методи дослідження. Для дослідження застосовано чисельне моделювання в середовищі OghmaNano з використанням методів розв’язання стаціонарних задач переносу заряду та фотогенерації. Проведено варіаційний аналіз основних параметрів пристрою: товщини шарів, концентрації легування, температури та інтенсивності освітлення. Для аналізу отриманих характеристик використано методи побудови J–V характеристик, обчислення фотоелектричних параметрів (JSC, VOC, FF, PCE) та графічної інтерпретації результатів у середовищі Python. Наукова новизна одержаних результатів. Проведено порівняльне чисельне моделювання двох типів сонячних елементів — органічного (на основі D18:L8-BO) та неорганічного (на основі GaAs) — в єдиному програмному забезпеченні OghmaNano із варіацією технологічних параметрів. Запропоновано узагальнений підхід до аналізу температурної стабільності, оптичних втрат та впливу концентрації легування на ключові фотоелектричні характеристики. Встановлено оптимальні діапазони параметрів, що забезпечують максимальну ефективність пристроїв у різних умовах експлуатації. Практичне значення одержаних результатів. Розроблені моделі та результати чисельного моделювання можуть бути використані для оптимізації структури та параметрів як органічних, так і неорганічних (GaAs) сонячних елементів на етапі їхнього проєктування. Отримані залежності дозволяють прогнозувати ефективність пристроїв за різних умов експлуатації, що є важливим для створення мобільних, гнучких та високопродуктивних фотоелектричних систем. Методика також може бути адаптована для дослідження інших типів сонячних елементів.
dc.description.abstractotherRelevance of the topic. The growing demand for clean energy and the limitations of traditional sources necessitate the development of solar energy technologies. Organic and GaAs-based solar cells are receiving increased attention due to their high efficiency, flexibility, and scalability potential. The relevance of the topic lies in the study and numerical modeling of such cells to optimize their parameters for improved energy conversion performance. Purpose and objectives of the study. The aim of this work is to conduct numerical research of the physical processes that determine the efficiency of converting solar energy into electricity in semiconductor and organic solar cells; to analyze the influence of material parameters and operating conditions on photovoltaic performance; and to establish optimal parameter values ensuring maximum device efficiency. To achieve this goal, the following objectives were defined: - Develop multilayer models of solar cells based on GaAs and D18:L8-BO in the OghmaNano simulation environment. - Validate the developed models using theoretical data to confirm result accuracy. - Analyze the influence of active layer thickness, doping concentration, temperature, and illumination on the parameters VOC, JSC, FF, and PCE. - Build current–voltage characteristics to evaluate photovoltaic performance under different operating modes. - Perform a comparative analysis of organic and inorganic structures to determine the advantages and limitations of each technology. Object of study. Solar cells based on gallium arsenide (GaAs) and the organic material D18:L8-BO. Subject of study. Photovoltaic characteristics and physico-technological parameters of multilayer solar cells; numerical modeling methods of light absorption, charge transport, and recombination processes. Research methods. The research employed numerical modeling in the OghmaNano environment using methods for solving steady-state charge transport and photogeneration problems. A parametric analysis was carried out on the key device parameters: layer thickness, doping concentration, temperature, and illumination intensity. The obtained results were analyzed through J–V curve generation, calculation of photovoltaic parameters (JSC, VOC, FF, PCE), and visualization using Python tools. Scientific novelty of the obtained results. A comparative numerical modeling of two types of solar cells — organic (based on D18:L8-BO) and inorganic (based on GaAs) — was performed using a unified simulation environment OghmaNano with variation of technological parameters. A generalized approach was proposed for analyzing temperature stability, optical losses, and the influence of doping concentration on key photovoltaic characteristics. Optimal parameter ranges were established to ensure maximum efficiency of devices under different operating conditions. Practical significance of the obtained results. The developed models and simulation results can be used to optimize the structure and parameters of both organic and inorganic (GaAs) solar cells at the design stage. The identified dependencies allow forecasting the device performance under various operational conditions, which is important for the development of mobile, flexible, and highefficiency photovoltaic systems. The proposed methodology can also be adapted for the study of other types of solar cells.
dc.format.extent76 с.
dc.identifier.citationСіряк, Т. В. Моделювання характеристик тонкоплівкових GaAs і органічних D18:L8-BO сонячних елементів : магістерська дис. : 105 Прикладна фізика та наноматеріали / Сіряк Тетяна Вікторівна. - Київ, 2025. - 76 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/78965
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectчисельне моделювання
dc.subjectD18:L8-BO
dc.subjectарсенід галію
dc.subjectвольтамперна характеристика
dc.subjectрекомбінація
dc.subjectnumerical simulation
dc.subjectgallium arsenide
dc.subjectcurrentvoltage characteristic
dc.subjectrecombination
dc.subject.udc536.2, 543.5, 544.4
dc.titleМоделювання характеристик тонкоплівкових GaAs і органічних D18:L8-BO сонячних елементів
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Siriak_magistr.pdf
Розмір:
695.84 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ПФ)
Магістерські роботи