Проведены теоретические исследования распределения температуры при лазерном нагреве пленки прекурсора TiO2 на поверхности FTO/стеклянной подложки. Моделирование осуществлялось на основе численного решения уравнения теплопроводности в программе Matlab для определения плотности энергии лазерного излучения необходимой для кристаллизации TiO2. Показано, что на поверхности прекурсора TiO2 температура достигает максимального значения в момент времени 133 нс при Гауссовой временной форме лазерного импульса. Оптимальная плотность энергии для кристаллизации пленки прекурсора TiO2 при использовании наносекундной длительности импульса составляет 1,3-1,6 Дж/см2, когда температура по толщине пленки соответствует 400-500 °C. Полученные результаты моделирования согласуются с экспериментальными исследованиями.

Ключевые слова: численное моделирование, лазерный нагрев, распределение температуры, пленка TiO2, солнечный элемент

01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

В работе произведено исследование распределения температуры от точечного источника тепла при конвективном теплопереносе. Численно решено уравнение Навье-Стокса, описывающее установившееся двумерное ламинарное движение жидкости. Получено распределение температурного поля теплонагруженного точечного источника при соответствующих граничных условиях, дополненных краевыми условиями равенства нулю скорости потока на стенках параболоида при помощи численного интегрирования методом контрольного объема.

Ключевые слова: Температурное поле, конвективный теплоперенос, уравнение Навье-Стокса, численные методы решения дифференциальных уравнений

01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

Тонкие пленки TiO2 широко используются в качестве прозрачного слоя n-типа проводимости в перовскитовых солнечных элементах. Нанокристаллические пленки TiO2 наносились на поверхность стеклянных подложек, покрытых оксидом олова с фтором (FTO), методом центрифугирования и последующего лазерного отжига излучением с длиной волны 1064 нм. Исследовалось влияние лазерного отжига на размер зерна в пленке TiO2 и скорости центрифугирования на её толщину. Установлено, что диаметр зерна в полученных пленках TiO2 составляет в среднем 17-64 нм при мощности лазерного отжига 30-70 Вт. Получено, что толщина пленок TiO2 изменяется в диапазоне 72-124 нм от скорости центрифугирования. Оптимальные параметры тонкой пленки TiO2, полученной с использованием лазерного отжига, могут способствовать повышению коэффициента полезного действия перовскитовых солнечных элементов.

Ключевые слова: тонкая пленка, TiO2, центрифугирование, лазерный отжиг, морфология поверхности, толщина

01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

Создана однокаскадная модель кремниевого солнечного элемента с использованием программы PC1D v.5.9, предназначенной для моделирования фотоэлектрических устройств. В процессе моделирования изменялись уровень легирования и толщина фронтального n+-слоя, а также применялось текстурирование фронтальной поверхности. Показано влияние уровня легирования и толщины n+-слоя на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов. Определено, что с увеличением уровня легирования и толщины фронтального n+-слоя происходит снижение КПД солнечных элементов. Получено, что использование текстурирования фронтальной поверхности приводит к увеличению КПД и связано со снижением потерь на отражение и увеличением фототока.

Ключевые слова: Кремниевый солнечный элемент, толщина, уровень легирования, текстурирование, вольт-амперная характеристика

01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

Проведено исследование морфологии поверхности и удельной электропроводности нанокристаллической пленки кремния на стеклянной подложке от мощности лазерного отжига. Лазерный отжиг осуществлялся Nd:YAG лазером с длиной волны 532 нм, скоростью перемещения предметного столика с образцом 5 мм/с и мощностью лазерного излучения в пределах от 34 до 86 Вт. Лазерный луч фокусировался на образце в виде узкой линии шириной 10 мкм и длиной 60 мм. Определены зависимости размера нанокристаллов и удельной электропроводности пленок кремния от мощности излучения лазерного отжига. Показано, что мощность лазерного излучения в диапазоне от 60 до 70 Вт является оптимальной для получения наилучших электрофизических параметров кремниевой пленки с целью её использования в высокоэффективных тонкопленочных солнечных элементах.

Ключевые слова: Пленка кремния, лазерный отжиг, морфология поверхности, удельная электропроводность, тонкопленочный солнечный элемент

01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

Разработана численная модель лазерного отжига пленки TiO2 на TCO (прозрачный проводящий оксид, SnO2:F) / стеклянной подложке излучением с длиной волны 1064 нм (Nd:YAG лазер) с целью её кристаллизации и использования в перовскитовых солнечных элементах. В процессе моделирования использовался численный метод конечных разностей для решения системы одномерных нестационарных дифференциальных уравнений теплопроводности. В результате моделирования процесса лазерного отжига получено распределение температуры в структуре TiO2 / TCO / стеклянная подложка от различной мощности лазерного излучения. Показано, что высокой мощности лазерного излучения (30-100 Вт) достаточно для эффективного перехода металлоорганического прекурсора TiO2 в кристаллическую фазу анатаза TiO2 (температура перехода составляет 400-600 °С) в течение короткого периода времени (60 сек.) за счёт прямого поглощения фотонов лазерного излучения.

Ключевые слова: Численное моделирование, лазерный отжиг, пленка TiO2, уравнение теплопроводности, солнечный элемент

01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В работе проанализировано влияние формы выступа и его расположения на поверхности радиатора на температуру источника тепла. На основе теоретического анализа было показано, что штыри, ребра, петли и прочие выступы, присутствующие на поверхности радиатора, не увеличивают его теплоотводящей поверхности и не понижают температуру на теплонагруженном источнике. Данные конструкции лишь создают вблизи боковых поверхностей быстро убывающие дипольные, квадрупольные и прочие составляющие поля, которые не способствуют отвода тепла от источника, а создают циркулирующие потоки.

Ключевые слова: радиатор, форма выступа, теплопроводность, тепловой режим аппаратуры, температура источника тепла

05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин , 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение