Yarı İletken Yapılar – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları

Akımı Hesaplamak
Akımı Hesaplamak Bir metal-yalıtkan-metal birleşiminden geçen akımı hesaplamak için bu yöntemin ilk kez türetildiği makale, teori öğrencileri ve deneyciler için oldukça zor olduğunu kanıtlıyor. Aslında, temel adım, çok-cisim teorisi çerçevesinde, parçalar halinde akıllı bir entegrasyona dayanmaktadır. Bu, yoğunluk fonksiyonel teorisi içinde hesaplanan dalga fonksiyonları ile açık ilişkisini oldukça belirsiz hale getirir. Bu nedenle zamana bağlı pertürbasyon teorisine dayalı türevi bu noktada ekliyoruz. Türetme iki açık varsayıma dayanmaktadır: 1. Tünel açma kavşağının iki ucu arasında herhangi bir etkileşim veya akım akışı olmadan, tüm sistem, uygun bir şekilde yüzeyde bulunan özdurumlara (ψμ) ve uçta bulunan özdurumlara (χν) ayrılan ayrı bir ortogonal özdurumlar kümesi içerir. Bu koşul altında, alt sistemlerin iki Hamiltoniyeni yalnızca potansiyelleri bakımından farklılık gösterir. 2. Tünel açma koşulu altındaki toplam potansiyel, iki potansiyelin toplamıdır: biri yüzey için, US ve biri uç için, UT. Bu potansiyellerin her ikisi de vakum aralığında üstel olarak azaldığından, bu iki engel arasındaki vakum aralığındaki bir yüzeyde üst üste binmeleri çok küçük olacaktır ve ihmal edilebilir. Bardeen benzeri bir forma yeniden yazılabilir. İntegral yalnızca ucun bölgesini kapsar, çünkü potansiyel UT dışarıda sıfırdır. Uç durumları için Schrödinger denklemiyle yazabiliriz. Delta fonksiyonelliği nedeniyle Eμ ve Eν enerjileri eşit olmalıdır; bu nedenle matris elemanı aşağıdaki biçimde de yazılabilir (entegrasyon bölgesinde yüzey potansiyelinin sıfır olduğuna dikkat edin). Ve Gauss teoreminin yardımıyla, kinetik enerjinin operatörü bir gradyan olurken, integral S ayırma yüzeyi üzerinde bir yüzey integraline dönüştürülür. Matris elemanı enerji boyutuna sahiptir. Uç ve numunenin tüm durumlarını, işgal olasılıklarını, tünel açma akımını dikkate alarak entegre etmek gerekir. Buradaf(E)=[1+exp(E−EF)/kBT]−1, Fermidistribution işlevidir, ρS (EF ), örneğin durum yoğunluğudur (DOS) ve ρT (EF ), ucun DOS'udur. Sonuç, esas olarak Tersoff ve Hamann tarafından hesaplamalarının temeli olarak kullanılan sonuçtur. Küresel Simetrinin Uç Durumları Sorunu daha da azaltan uç durumları χν hakkında makul bir varsayımla sonucu basitleştirmek cazip gelebilir, ideal olarak uç sisteminin teorik modele açıkça dahil edilmesi gerekmeyecek şekilde. Bunun nasıl yapılabileceği önce Tersoff ve Hamann tarafından, sonra da gösterildi. Temel adım, Green'in vakum Schrodinger denkleminin fonksiyonları olan uç durumlarını dikkate almaktır. Bu işlevler açıklanmıştır. Burada nμ(R), STM uç tepesinin merkezindeki μ durumlarının elektron yoğunluğudur. Bu, Tersoff ve Hamann'ın biraz farklı bir yolla elde ettikleri sonuçtur. Devrede akım hesaplama Akım hesaplama Ohm hesaplama makinesi Akım Hesaplama formülü Devre akımı hesaplama programı Gerilim hesaplama programı Watt akım hesaplama Monofaze akım hesabı Manyetik Tünel Kavşakları Manyetik sistemlerde elektronların taşıma özellikleri sadece dalga fonksiyonlarına ve özdeğerlerine değil, aynı zamanda spin durumlarına da bağlıdır. Bir manyetik sistemdeki elektron yayılımının açık bir hesabı için, gerçek uzayda bir kristal yüzey ile bir STM ucu arasındaki bir tünel bağlantısındaki durumu ele alalım. Bir kristaldeki manyetik anizotropi, elektron spinlerinin dönme simetrisini bozar. Bu durumda spin durumları bir kristalin manyetik eksenine yansıtılır. Aşağıda, bu simetri kırılmasının tünel bağlantımızı oluşturan iki ayrı sistemde meydana geldiğini varsayıyoruz. Manyetik eksenlerin yönüne bağlı olarak, iki sınırlayıcı durum ayırt edilmelidir. Numunenin ve ucun manyetik ekseni paralel veya antiparaleldir. İlk durumda, numunenin spin-up durumlarından (n↑S) ucun spin-up durumlarına (n↑T) tünel yapan tüm elektronları, ikinci durumda spin-up durumlarından tünel oluşturan elektronları özetlemeliyiz.  İki vektörün rastgele bir φM açısı çevrelediği genel durumda, tünelleme akımının simetrisini farklı dönüş yönelimlerine göre analiz ederiz. Pertürbasyon yaklaşımı içinde tünelleme akımı, tünelleme matris elemanı Mμv'nin karesiyle orantılıdır. İntegral, numune ve ucun ayırma yüzeyi boyunca uzanır; numunenin spin polarize dalga fonksiyonları ψμσ ile verilir; ucun dalga fonksiyonları χνσ ile gösterilir; toplam, döndürme durumları üzerinde uzanır. Yoğunluk fonksiyonel teorisinde (DFT), sabit bir geçiş matrisi elemanı için ve bir pertürbasyon içindeki akım tarif edilebilir. φM, MS ve MT arasındaki açıdır. Denklem, ρS ve ρT olmak üzere iki yoğunluk matrisinin bir çarpımının izi aracılığıyla yapılan ölçümlerin açıklamasından kaynaklanır. Bu matrisler, iki alt sistemin elektron yoğunluğunu resmileştirir. İki durumdaki örnek sistemin elektronlarının yoğunluğu ↑ ve ↓ verilir. Akım, bu iki matrisin çarpımıyla orantılıdır. Genel olarak, numunenin ve ucun yukarı ve aşağı dönüş durumları için uzaydaki yönler farklıdır. Bu nedenle, ucun yoğunluk matrisi, numune durumlarına göre φM açısı kadar döndürülmelidir. Ucun yoğunluk matrisini φM kadar, örneğin x ekseni etrafında döndürerek, Ux(φM ) döndürme operatörünü elde ederiz. Orantı sabiti, paramanyetik tünelleme akımı I0'dır. Denklem böylece, bu akımı numunenin ve ucun spin-polarize durumları için ölçmemiz ve spin durumlarının iki yarım sistemde uzayda iki farklı yöne yansıtılması durumunda tünel açma akımını tanımlar. Numune ve ucun polarizasyonu PS(T) daha sonra tanımlanır. Bu doğrudan takip eder. Polarizasyon, integral bir miktardır, örneğin, farklı spin durumlarındaki elektronların sayısı arasındaki farkın toplam elektron sayısına bölümü. Tünel bağlantısı boyunca |Mμν|2 geçiş olasılığını göz ardı edersek ve her iki taraftaki spin-up veya spin-down durumlarındaki elektronların sayısına odaklanırsak, paramanyetik akım I0 için aşağıdaki ifadeyi yazabiliriz. 1/2 faktörü, spin-up veya spin-down durumlarına tünelleme olasılığından kaynaklanır. Toplamlar, IF (ferromanyetik) ve IA (antiferromanyetik) akımlarının verildiği ferromanyetik ve antiferromanyetik yük geçişlerine ayrıştırılabilir. Keyfi tünelleme matris elemanları Mμν için akım, Bardeen'in tünelleme akımı formülasyonu içinde sayısal olarak hesaplanabilir. Tünelleme elektronlarının enerjisi çok düşük olduğundan ve numune ve uç dalga fonksiyonlarının üst üste binmesi yüzey atomlarının çekirdek bölgesinin çok dışında hesaplandığından, teorik işlemde spin-yörünge eşleşmesi genellikle ihmal edilebilir. Ferromanyetik ve antiferromanyetik akım IF ve IA, basitçe aynı dönüşe (IF ) veya zıt dönüşe (IA ) sahip özdurumlar için geçişlerdir.

Yarı İletken Yapılar – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları

Yarı İletken Yapılar

Yarı iletken hetero-yapılar, her iki malzeme arasındaki sınır yüzeyinde, fotojene edilmiş yük taşıyıcılarının artan bir rekombinasyonunun meydana gelmesi gibi “hafif” bir dezavantaj sunar.

Ancak bu dezavantaj, yüksek enerji aralığına sahip bir yarı iletkenin seçilebilmesi sayesinde üst katmanın bir “pencere” olarak tasarlanabilmesi avantajıyla telafi edilir; bu nedenle, tarif edilen üst katman güneş spektrumunun yalnızca çok sınırlı bir kısmını emer ve bu daha sonra fotoakım için kaybolur.

Kalan ışınımın bu pencere katmanından iletilmesinden sonra, gelen ışınımın büyük bir kısmı p-n-kavşağının çok yakınında, dolayısıyla maksimum elektrik alan şiddeti noktasında soğurulur. Fotojenleştirilmiş yük taşıyıcıların ortaya çıkan ayrılması bu nedenle oldukça verimlidir.

Solda, bir CdS/CdTe hetero yapılı güneş pilinin katman dizisini gösterir. Bu hücre teknolojisi bir üst tabaka yapısıdır; yani, güneş ışığına maruz kalan ve indiyum kalay oksitten (ITO) yapılmış şeffaf ön elektrot genellikle önce püskürtme yoluyla uygulanır.

Daha sonra, kadmiyum sülfit (CdS) pencere veya tampon tabakası olarak biriktirilir ve ardından kadmiyum tellürden (CdTe) oluşan gerçek fotovoltaik olarak aktif soğurucu tabaka gelir. Genellikle, her iki katman (yani, 0,1 ve 0,2 μm arasında kalınlığa sahip pencere katmanı ve yaklaşık 3 μm kalınlığa sahip soğurucu katman) aynı teknoloji kullanılarak (örneğin, süblimasyon-yoğunlaştırma yöntemi veya serigrafi işlemi) üst üste bindirilir. 

Fotovoltaik olarak yeterli kalitede katmanlar elde etmek için, biriktirmeden sonra kadmiyum klorür (CdCl2) varlığında sıcaklık işlemine dayalı bir aktivasyon aşamasının gerçekleştirilmesi gerekir. Hücre üretimi, grafit, bakır (Cu) veya her ikisinin karışımından yapılmış bir metal arka elektrotun biriktirilmesiyle gerçekleştirilir.

Laboratuvar ölçeğinde, kadmiyum tellür (CdTe) güneş pilleri, küçük yüzeylere uygulandığında yaklaşık %17’lik tepe verimliliklerine ulaştı. Son birkaç yılda, 0,5 m2’lik bir yüzeye sahip geniş yüzeyli CdTe modülleri ve %8 ila 10 arasında değişen verimlilikler için birkaç pilot üretim hattı devreye alındı.

%18’in üzerindeki verimliliklerle, CdS/Cu(In,Ga)Se2 hetero yapılı güneş pilleri, tüm ince film güneş pilleri arasında en yüksek elektrik verimine ulaşır. Sağda, bu tür hetero yapılı güneş pillerinin katman dizisini göstermektedir.

Bu güneş pili tipinin üretimi, bir molibden arka kontağının biriktirilmesiyle başlar, ardından 2 μm’nin altında bir kalınlığa sahip fotovoltaik olarak aktif Cu(In,Ga)Se2 tabakasının biriktirilmesiyle başlar.

Aşağıdaki iki biriktirme yöntemi, endüstriyel ölçekte bu amaç için uygundur.

− İlk olarak, tüm elementlerin (yani Cu, In, Ga ve Se) ısıtılmış alt tabaka üzerinde fiziksel olarak birlikte buharlaşması, böylece Cu(In,Ga)Se2 bileşiği buhar biriktirme sırasında zaten oluşmuş olur.
− İkinci olarak, tüm elementlerin ısıtılmamış substrat üzerine birikmesi (örn. püskürtme yoluyla). Ardından, Cu(In,Ga)Se2 bileşiğini elde etmek için selenizasyon adı verilen ikinci bir ısıtma adımı gerçekleştirilir.

Açıklanan iki yöntemden biri ile soğurucu imalatının ardından, ZnO ön elektrotu püskürtme yoluyla biriktirmeden önce kimyasal banyodan yaklaşık 0,05 μm kalınlığında bir CdS tabakası biriktirilir.

Cu(In,Ga)Se2 güneş modülleri için pilot projeler ve küçük ölçekli üretim tesisleri kurulmuş ve işletilmektedir. %12’ye varan verimliliğe sahip modüller piyasada mevcuttur. Her iki teknoloji de (yani CdTe ve Cu(In,Ga)Se2) pazarda ayakta kalabileceklerini önümüzdeki yıllarda kanıtlamak zorunda kalacak.

Genel olarak konuşursak, kristal silisyum güneş pilleri için üretim süreci oldukça mantıklıdır ve yarı iletken endüstrisinden elde edilen deneyime dayalı olarak iyi anlaşılmıştır. Ancak kalın gofretler nedeniyle malzeme maliyetleri yüksektir.

Yukarıda tartışılan ince film teknolojileri için durum tam tersidir. Malzeme maliyetleri düşüktür. Üretim süreçleri karmaşık ve pahalıdır. Bu nedenle, ince film teknolojileri ancak büyük üretim tesisleri işletildiğinde ekonomik olarak rekabet edebilir.

Kristal silikondan yapılmış ince film güneş pilleri

İnce film güneş pili teknolojisinin düşük malzeme tüketimi, kristal silikon için üretim sırasında ayrı katmanların yapılandırılmasıyla entegre modül üretimi gibi ekonomik ve süreçle ilgili avantajlarından yararlanma girişimleri de vardır.

Kristalin silikon tabakanın dolaylı enerji aralığı nedeniyle, gelen güneş ışınımını yeterince absorbe etmek için en az 20 μm kalınlık gereklidir. Bununla birlikte, “ışığı yakalama”, katman kalınlığının daha da azaltılmasına izin verir.

Bir ışık demetini yansıtan difüzör veya eğimli bir yansıtıcı yapı güneş pilinin arka tarafına bindirilirse veya piramit tipi bir alt tabaka ince bir silikon filmle kaplanırsa, kristal silikon için de sadece birkaç μm kalınlığında katmanlar gelen radyasyonu neredeyse tamamen emmek için yeterlidir.

Yalnızca 2 μm kalınlığındaki ve optimize edilmiş “ışığı hapseden” silikon katmanlar için verimlilik potansiyeli yaklaşık %15 olarak hesaplanmıştır. Uygulamada, ticari koşullar altında bu tür silikon hücrelerin üretilmesi amacıyla çeşitli film biriktirme ve arka işleme yöntemleri araştırılmaktadır.

Gaz fazından plazma destekli geliştirilmiş kimyasal biriktirmenin biriktirme parametrelerinin bir varyasyonu, mikrokristalin silikonun biriktirilmesine izin verir. Bu tür malzemelerin silikon kristalleri sadece birkaç 10 nm boyutunda olmasına rağmen (ve bu nedenle nanokristalin silikon olarak da anılırlar), p-in-yapılarına dayalı olarak, laboratuvar ölçeğinde %10’un üzerinde elektriksel verim elde edilir.

200 ila 300 °C arasında değişen nanokristal silisyumun biriktirme koşulları ve biriktirme sıcaklığı, amorf silikonunkine çok benzer olduğundan, her iki malzeme de laboratuvar ölçeğinde %10’un üzerinde verimlilik sağlayan tandem hücreler olarak birleştirilebilir.

Daha yüksek verimliliğe sahip silikon ince film güneş pilleri için silikonun 700 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda bırakılması gerekir, bu nedenle ucuz cam substratlar uygun değildir.

Daha yüksek büyüme sıcaklıkları, 100 μm’ye kadar tane boyutlarının elde edilmesini ve dolayısıyla çok kristalli silikon katmanların daha iyi bir fotovoltaik kalitesinin elde edilmesini sağlar. Sözde transfer teknolojileri, tek kristalli ince film güneş pilleri üretmek için bile umut verici bir alternatiftir.

Tipik olarak, 20 ila 50 um kalınlığında bir mono-kristal silikon tabakası, daha sonra ayrılan ve herhangi bir türde yabancı substrata aktarılan önceden işlenmiş bir mono-kristal silikon substrat üzerinde üretilir. Silikon substrat daha sonra bu amaç için tekrar kullanılabilir. Laboratuvar ölçeğinde %16,6 ile, mono-kristal transfer silikondan yapılmış güneş pilleri, yabancı alt tabakalar üzerinde ince film silikonun en yüksek verimliliklerini elde etmeye izin verir.

Etiketler: , , , , , , ,