Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/197
Browse
18 results
Search Results
Item Numerical Simulation and Performance Enhancement of CZTS Thin Film Solar Cells(Sumy State University, 2023) Zebach, M.; Hemmani, A.; Khachab, H.Розробка тонкоплівкових сонячних елементів дозволяє дослідникам оцінювати різні матеріали з метою підвищення ефективності перетворення елементів. Це особливо актуально для третього покоління сонячних фотоелектричних елементів, які включають шарові матеріали в нано- та мікрометровому масштабі, уникаючи нетоксичних і поширених у землі матеріалів із зниженими витратами на виробництво. В останні роки вчені зосередили свої дослідження на найдешевших і найстабільніших матеріалах, таких як кестерит, на основі таких елементів: мідь, цинк, олово і сірка (CZTS). Це один із найефективніших шарів поглинаючого матеріалу в тонкоплівкових сонячних елементах із прямою забороненою зоною (1,38-2,0 еВ) і високим коефіцієнтом поглинання (~ 104 см – 1). CZTS має величезний потенціал завдяки великій кількості землі, нетоксичності та низькій вартості виробництва порівняно з іншими тонкоплівковими матеріалами. Проте все ще існує кілька проблем щодо контролю вторинних фаз, композиційної однорідності, електронних дефектів і проблем нестабільності під час виготовлення, які обмежують ефективність сонячних елементів на основі CZTS і які ще потрібно подолати. У цій статті ми реалізуємо математичну модель гетеропереходу CdS-CZTS тонкоплівкового сонячного елемента. Отже, продуктивність сонячних елементів можна оцінити, змінюючи матеріал, параметри, співвідношення розмірів та інші змінні в елементах. По суті, ефективність перетворення наведена на рівні ƞ = 12,79 % результатів моделювання з використанням програмного забезпечення Matlab Simulink. Покращена ефективність перетворення, отримана завдяки нашому дослідженню моделювання, входить у діапазон експериментальних значень, досягнутих для цього типу дизайну тонкоплівкових сонячних елементів, як продемонстровано рекордно виміряною лабораторією ефективністю приблизно 12,6 % для подібної гетероперехідної клітини на основі звіту CZTS за редакцією Wei Wang та ін., тоді як теоретична максимальна ефективність перетворення для ідеальної сонячної батареї на основі CZTS оцінюється в 32,4 % відповідно до обмеження Шоклі Квейссера. Оскільки наше змодельоване значення ефективності наближається до виміряних експериментальних значень, але все ще значно нижче теоретичної межі, це свідчить про те, що подальше підвищення ефективності все ще може бути досягнуте шляхом оптимізації властивостей матеріалу та конструкції комірки.Item Simulation of Acoustic Characteristics in the Vector-Phase Field of the Horn at Low Frequencies(Sumy State University, 2023) Sokol, G.I.; Alkhymov, O.V.; Molnar, T.S.; Zagrevskyi, E.O.У сучасній акустиці широко застосовуються методи обчислювальної техніки. Вони використовуються для візуалізації структур хвильових полів, коли відомі геометрія кордонів і фізичні властивості області, де поширюються хвилі. При використанні цих методів зазвичай контролюється розташування випромінювачів і приймачів. В даний час відомі методи, засновані на використанні інформації, що реєструється тільки датчиками тиску, досягли межі. Для дослідження просторового розподілу основних характеристик звукового та інфразвукового полів раніше використовувалися методи векторнофазових характеристик. Але для вивчення структури акустичного поля в колонках скінченної довжини вони досі не використовувалися. У цьому і полягає актуальність обраної теми. У роботі наведено дослідження акустичних характеристик катеноїдного гучномовця на низьких частотах та векторнофазового поля гучномовця чисельними методами. Вирішуються наступні завдання: складання аналітичного огляду методів дослідження звукових полів; опис математичного апарату поширення хвилі в катеноїдному мундштуку; моделювання акустичних характеристик у векторно - фазовому полі гучномовця на низьких частотах в ANSYS. У гучномовцях нелінійні спотворення, пов'язані з неоднорідністю магнітного поля в розриві магнітопровода і порушенням закону Гука, не настільки значні. Визначальним моментом у розвитку теорії випромінювання хвиль гучномовцями стала публікація роботи Вебстера, в якій наведено хвильове рівняння. Хоча мембрана здійснює прості гармонійні коливання. Вирішено задачу посилення дії та направлення акустичного сигналу, при цьому обрано катеноідний рупор. Поширення хвилі більше не є синусоїдальним, а містить крім основних гармонік вищих порядків. Тобто виявляються нелінійні ефекти всередині динаміка. Раніше в конструкції звукогенераторів не передбачалися конструктивні елементи, що зменшують або повністю усувають нелінійні ефекти в гучномовці, що знижувало ефективність генерації звуку основного тону. Розглянуто рішення задачі моделювання процесу поширення другої гармоніки по рупору. Щоб розрахувати акустичні характеристики в порожнині катеноїдного гучномовця, необхідно в ANSYS CAD.Item Atomistic Simulation of Ti2C MXene Decoration with Ag Nanoparticles(Sumy State University, 2023) Кравченко, Ярослав Олегович; Кравченко, Ярослав Олегович; Kravchenko, Yaroslav Olehovych; Taran, A.; Швець, Уляна Станіславівна; Швец, Ульяна Станиславовна; Shvets, Uliana Stanislavivna; Kubakh, M.; Борисюк, Вадим Миколайович; Борисюк, Вадим Николаевич; Borysiuk, Vadym MykolaiovychПредставлено комп’ютерну модель, розроблену в рамках методів класичної молекулярної динаміки, для атомістичного моделювання осадження атомів срібла на поверхню двовимірного карбіду титану Ti2C (максену) та росту срібних наночастинок. В запропонованій моделі використовується гібридний міжатомний потенціал, де взаємодія між атомами металу та взаємодія метал-вуглець описується в рамках різних методів. Розроблена модель може бути використана для дослідження аналогічних систем, що складаються з атомів інших металів, а також двовимірних карбідів Ti(n + 1)Cn з n = 2 і 3. Проведені експерименти, що моделюють осадження атомів срібла на поверхню двовимірного карбіду титану Ti2C з трьома різними значеннями площі поверхні росту. Для дослідження особливостей формування наночастинок та процесів росту також розглянуто два випадки взаємодії між Ti2C та атомами срібла з міжатомними силами що відповідають утворенню хімічного зв’язку металевого типу та Ван дер Ваальсовими силами. Розглянуті випадки моделюють осадження на гідрофільну та гідрофобну поверхню відповідно. Показано що у випадку взаємодії підкладка-осаджені атоми гідрофільного типу на поверхні Ti2C максену утворюється тонка плівка срібла, в той час як для гідрофобної взаємодії спостерігається формування окремих наночастинок. Отримано модельний зразок системи зі сформованою наночастинкою срібла на поверхні двовимірного карбіду титану для якого були досліджені сили взаємодії між максеном і наночастинкою. Окрім стаціонарного випадку взаємодія підкладка – НЧ була розглянута також при зовнішньому навантаженні. В останньому випадку були розраховані ефективні сили тертя між наночастинкою та Ti2C при трьох різних значеннях прикладеної зовнішньої сили. Показано що поступальний рух наночастинки по поверхні максену спостерігається лише у випадку максимальної зовнішньої сили.Item Effects of Boron Diffusion on Titanium Silicide Formation(Sumy State University, 2023) Karboua, H.; Dahraoui, N.; Boulakroune, M.; Fortaki, T.Метод вторинно-іонної мас-спектрометрії (ВІМС) був використаний для дослідження дифузії бору в шарах силіциду титану за кількох умов відпалювання та температури. Експериментальні профілі були змодельовані за допомогою моделі, заснованої на відомих законах Фіка та ефекті, що супроводжує дифузію бору під час силіцидації, як сегрегація та кластеризація. Порівняння результатів моделювання з літературними даними в однакових умовах відпалювання вказують на хорошу відповідність із результатами інших авторів. Це пояснює, що дифузія бору в силіциді титану залежить від сегрегації, кластеризації та перевищує розчинність твердої речовини. Моделювання базується на чисельному методі кінцевих різниць.Item Simulation Study of CZTS/CZTSe Tandem Solar Cell by Using SCAPS-1D Software(Sumy State University, 2022) Ghalmi, L.; Bensmaine, S.; Elbar, M.; Chala, S.; Merzouk, H.Сонячний спектр може бути розділений тандемними сонячними елементами на кілька субелементів, які мають різні ширини забороненої зони і ефективніше перетворюють світло в електрику, ніж окремі елементи. У роботі моделювання фотоелектричних (PV) характеристик тандемного сонячного елементу CZTS/CZTSe на основі структур сульфіду міді-цинку-олова (CZTS) як верхнього елементу та селеніду міді-цинку-олова (CZTSe) як нижнього елементу було виконано за допомогою симулятора SCAPS-1D при освітленні AM1.5. Спочатку було виконано моделювання окремих сонячних елементів CZTS і CZTSe і отримано ефективність відповідно 14,37 % і 17,87 %, що добре узгоджується з наявними результатами. До подачі відфільтрованого спектру змодельовані PV параметри тандемного сонячного елементу CZTS/CZTSe мають ефективність перетворення (ƞ) 20,68 % і густину струму короткого замикання (Jsc) 20,205 мА/см2 для верхнього та нижнього елементів з довільною нормальною товщиною. Крім того, щоб досягти узгодження струму, як верхній, так і нижній елементи були досліджені при різній товщині тандемної конфігурації, коли товщини верхнього та нижнього елементів були відповідно в діапазонах 0,05-0,5 мкм і 0,1-1 мкм. Продуктивність тандемного сонячного елементу визначалася після подачі відфільтрованого спектру та узгодження струму. Значення Jsc тандемного сонячного елементу CZTS/CZTSe становить 20,33 мА/см2 для товщини 0,255 мкм верхнього, CZTS, елементу та товщини 0,8 мкм нижнього, CZTSe, елементу. Максимальний ƞ, рівний 22,98 %, досягається для конструкції тандемної структури з підвищенням напруги холостого ходу (Voc) на 1,48 В.Item Study of Mono- and Polycrystalline Silicon Solar Cells with Various Shapes for Photovoltaic Devices in 3D Format: Experiment and Simulation(Sumy State University, 2022) Gulomov, J.; Aliev, R.; Mirzaalimov, N.; Rashidov, B.; Alieva, J.При підвищенні температури ефективність сонячних елементів падає, тому проектування та побудова фотоелектричних пристроїв із системою охолодження із сонячних елементів замість сонячних панелей є одним із найважливіших завдань сьогодення. В даній науковій роботі були досліджені різні форми фотоелектричних пристроїв у форматі 3D, які можуть охолоджуватися шляхом обертання навколо власної осі. У цих пристроях використовуються переважно трикутні та прямокутні сонячні елементи, тому вплив форми поперечного перерізу на фотоелектричні параметри монокристалічних та полікристалічних кремнієвих сонячних елементів досліджено експериментально та за допомогою моделювання. Результати показали, що сонячні елементи на основі полікристалічного кремнію можна вирізати прямокутними та використовувати у виробництві фотоелектричних пристроїв у формі призми, а сонячні елементи на основі монокристалічного кремнію можна використовувати для трикутного вирізання та у виробництві фотоелектричних пристроїв пірамідальної форми. На основі цих результатів експериментально досліджено фотоелектричний пристрій у формі шестикутної призми із прямокутного сонячного елементу на основі полікристалічного кремнію. Температура поверхні пристрою становила 50 °C без обертання, а напруга холостого ходу складала 13,12 В. У діапазоні швидкості обертання 0-6 рад/с напруга холостого ходу пристрою різко зросла на 0,36 В, а температура поверхні знизилася на 9,4 °C.Item The Effect of Temperature and Base Thickness on Photoelectric Parameters of Amorphous Silicon Solar Cells(Sumy State University, 2022) Gulomov, J.; Ziyoitdinov, J.; Gulomova, I.Одним із важливих завдань фотовольтаїки є конструювання гнучких сонячних елементів, стійких до впливу навколишнього середовища та призначених для покриття поверхонь різної форми. Таким чином, у дослідженні були вивчені сонячні елементи на основі аморфного кремнію. Аморфний кремній має більший коефіцієнт поглинання та ширину забороненої зони, ніж кристалічний кремній. Високий коефіцієнт поглинання доводить, що в тонких плівках можна досягти високого ККД. Згідно з отриманими результатами моделювання, максимальні значення напруги холостого ходу, струму короткого замикання, коефіцієнта заповнення та ККД сонячного елемента на основі аморфного кремнію становили 1,2044 В; 13,49 мА/см2; 80,03 % та 12,18 % відповідно, і були досягнуті при товщинах основи 35, 20, 3 і 15 мкм відповідно. Було вивчено вплив температури на сонячний елемент на основі аморфного кремнію оптимальної товщини, оскільки аморфний кремній дуже чутливий до зовнішніх впливів, таких як інтенсивність світла та температура. Тому важливо вивчити вплив температури на властивості сонячних елементів на основі аморфного кремнію. З підвищенням температури напруга холостого ходу зменшувалася, але струм короткого замикання, коефіцієнт заповнення та ККД збільшувалися. Температурні коефіцієнти напруги холостого ходу, струму короткого замикання, коефіцієнта заповнення та ККД становлять відповідно − 1,68×10 – 3; 2,24×10 – 3; 4,5×10 – 5 та 2,27×10 – 4 1/K.Item Preparation of Perovskite: Fullerene Bulk Heterojunction Using a Surfactant Free Microemulsion Scheme. Modeling, Simulation and Experimental Studies(Sumy State University, 2022) Devashri, P. Upasani; Hemant, S. Tarkas; Jaydeep, V. SaliПеровскітний матеріал CH3NH3PbI3 продемонстрував відмінні оптоелектронні властивості для використання в сонячних елементах. Однак такі проблеми, як стабільність і несхожість у мобільності носіїв заряду, обмежують його застосування в сонячних елементах з об'ємним гетеропереходом (BHJ). Для підвищення стабільності та продуктивності сонячних елементів було докладено зусиль шляхом включення відповідного сполучного матеріалу в BHJ. Однак розчинність компонентів BHJ в одному розчині може створити проблеми при одностадійному синтезі BHJ. Тут ми звітуємо про нашу теоретичну та експериментальну роботу з отримання BHJ перовскіт : Indene C60-Bisadduct (ICBA) з використанням схеми мікроемульсії без поверхнево-активної речовини (SFME) циклогексан:ацетон:DMSO (CAD), яка може вирішити проблему розчинності компонентів BHJ в одному розчині. Критична початкова об'ємна частка ацетону є важливою для підтримки стабільності мікроемульсії залежно від її складу. За допомогою теоретичного моделювання ми вивчили динаміку випаровування SFME з діапазоном початкового об'єму ацетону, який може перевести SFME із нестабільного стану в стабільний. Було помічено, що залежно від початкової об'ємної частки ацетону та температури підкладки тонка плівка SFME на підкладці, що твердіє, може переходити через різні стани, пов'язані з її стабільністю. Це може мати помітний вплив на структурні та оптоелектронні властивості BHJ. Експериментальні дослідження підтвердили ці прогнози. Даний метод може відкрити новий шлях виготовлення BHJ перовскіт : органічний для оптимальної роботи в оптоелектронних пристроях.Item Computational Modelling of Surface Modified Carbon Nanotube for Low Temperature Fuel Cell(Sumy State University, 2022) Singh, Susmita; Giri, Kinsuk; Chaudhuri, Aadrita; Ponda, SomerupОбчислювальне моделювання відіграє ключову роль для підвищення продуктивності PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, паливний елемент з полімерно-електролітною мембраною). Помічено, що шар каталізатора паливного елементу створює багато проблем з точки зору моделювання. Він складається зі складного багатофазного наноструктурованого пористого матеріалу, який важко охарактеризувати. Вуглецеві нанотрубки (CNTs) є чудовою опорною структурою для шару анодного каталізатора завдяки своїм електричним, механічним та термічним властивостям, а також величезному потенціалу застосувань. Серед різних методів функціоналізації іонне опромінення виявилося виключно ефективним методом для модифікації та адаптації властивостей CNTs, особливо багатостінних вуглецевих нанотрубок (MWCNTs), шляхом створення дефектів і контрольованого регулювання структури. Оскільки функціоналізація методом опромінення все ще знаходиться на стадії інтенсивного розвитку, поєднання нових та оптимізованих матеріалів з високою електрокаталітичною активністю та оптимізація умов для цього методу, як очікується, призведе до значного підвищення продуктивності, ефективності та економічності. Обчислювальне моделювання дає змогу систематично моделювати й оптимізувати умови функціоналізації, що полегшило б отримання нового електрокаталітичного матеріалу. Крім того, моделювання функціоналізації CNTs дає глибоке розуміння структури та трансформації CNTs під час іонного опромінення. Цю модель можна використовувати для прогнозування електрокаталітичної активності електрода як функції фізичних характеристик, таких як внутрішня активність каталізатора. Дана робота демонструє обчислювальне моделювання модифікованого шару каталізатора для системи паливних елементів PEM з використанням мов програмування MATLAB і PYTHON.Item Electrical and Temperature Characteristics of Transistors with a Channel in the Form of a Carbon Nanotube(Sumy State University, 2022) Buryk, І.P.; Martynenko, І.M.; Однодворець, Лариса Валентинівна; Однодворец, Лариса Валентиновна; Odnodvorets, Larysa Valentynivna; Хижня, Ярослава Володимирівна; Хижня, Ярослава Владимировна; Khyzhnia, Yaroslava Volodymyrivna; Шумакова, Наталія Іванівна; Шумакова, Наталия Ивановна; Shumakova, Nataliia Ivanivna; Buryk, M.P.Вуглецеві нанотрубки (CNTs) – перспективні матеріали для формування каналів польових транзисторів (FETs) завдяки їх відмінним електричним, термічним та механічним властивостям. Висока продуктивність, низьке енергоспоживання, мінімізація впливу короткоканальних ефектів обумовлюють значний практичний інтерес насамперед до коаксіальних CNTFETs. У роботі наведені результати числового моделювання коаксіальних структур CNTFETs із затворами типу Gate-allaround (GAA), які були змодельовані з використанням інструментів Silvaco TCAD для дослідження їх електричних параметрів. У рамках дрейф-дифузійної моделі транспорту із врахуванням квантового потенціалу Бома продемонстровано відмінні характеристики для тривимірних моделей, зокрема, отримано допустимі значення порогової напруги, допорогового розсіювання, струму "включення", струму витоку та коефіцієнта підсилення. Досліджено вплив температури на вказані електричні параметри при малих напругах зміщення, отримано типовий характер температурних залежностей для напівпровідникових приладів. Установлено, що величини порогової напруги і допорогового розсіювання зменшуються та збільшуються, відповідно, із зростанням температури від 250 до 500 К. Поряд з цим фіксується незначне спадання струму ввімкнення на 1,6 % у заданому інтервалі температур при напрузі джерела VDD = –1,0 В. Термічна стійкість транзисторних напівпровідникових структур була оцінена на основі визначених температурних коефіцієнтів βVt, βSS, βIon та off βI , які при напрузі VDS = 0,10 В мали значення 3,2∙10 – 4 К – 1, 3,2∙10 – 3 К – 1, – 6,2∙10 – 5 К – 1 та 1,0∙10 – 4 К – 1.