Logowanie do System sprawozdań KDM

Obliczenia numeryczne modelu dryfu-dyfuzji w symulacjach ogniw fotowoltaicznych metodą różnic skończonych

Kierownik projektu: Damian Głowienka

Politechnika Gdańska

Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Gdańsk

Streszczenie projektu

Ogniwa słoneczne stanowią prężnie rozwijającą się dziedzinę pozyskiwania energii w ekologiczny sposób. Jednym z obiecujących typów ogniw, które pojawiły się w ostatnich latach są ogniwa zawierające materiał perowskitowy o strukturze CH3NH3PbX3, gdzie X oznacza halogenek. Takie ogniwa wykazują dużą efektywność konwersji energii, jednakże zachodzące w nich mechanizmy generacji, rekombinacji i transportu nośników ładunku są wciąż niezrozumiałe.



Modelowanie ogniw perowskitowych z wykorzystaniem elektrycznego modelu dryfu-dyfuzji pozwala na symulowanie zjawiska fotoprzewodnictwa i wyjaśnienie zjawisk elektrycznych zachodzących w materiale aktywnym. Model uwzględnia równania na rozkład potencjału i pola elektrycznego, jak i równania ciągłości dla przewodnictwa elektrycznego (elektrony i dziury), ekscytonowego oraz jonowego (aniony i kationy) w badanym materiale. Równania rozwiązuje się metodą różnic skończonych w czasie i przestrzeni. Symulacje przestrzenne i dynamiczne, pozwolą na dokładne zbadanie mechanizmów generacji i rekombinacji nośników ładunku, zaś uwzględnienie przewodnictwa jonowego, jak i stanów pułapkowych, powinno wyjaśnić zjawisko histerezy obserwowane w układach perowskitowych.



Obliczenia oparte są na własnym oprogramowaniu napisanym w języku C++, jednak wielkość siatki przestrzennej wiąże się z dużą ilością potrzebnej pamięci RAM. Długi czas ustalenia stanu równowagi wpływa na wydłużenie czasu obliczeń, który waha się od kilku godzin do nawet wielu tygodni symulacji. Korzystanie z komputerów o znacznie większej mocy obliczeniowej, pozwoli na skrócenie czasu obliczeniowego, a dzięki temu możliwe będzie wykonanie większej liczby analiz, co znacząco wpłynie na dokładność wykonywanych badań. Wyniki przeprowadzonych symulacji zostaną przedstawione w pracy doktorskiej osoby wnioskującej.


Publikacje

  1. Damian Głowienka, Jędrzej Szmytkowski, Influence of excitons interaction with charge carriers on photovoltaic parameters in organic solar cells, Elsevier - Chemical Physics 503, (2018) 31-38
  2. Damian Głowienka, Jędrzej Szmytkowski, Numerical modeling of exciton impact in two crystalographic phases of the organo-lead halide perovskite (CH3NH3PbI3) solar cell, IOP - Semiconductor Science and Technology 1, (2019) 1-23