Dissertação

{en_GB=3D Simulation of Solar Cells with Integration of Optical Nanoantennas} {} EVALUATED

{pt=A evolução da nanotecnologia tem vindo a proporcionar uma melhor compreensão da interação luz-matéria a uma escala nanométrica, e levou também ao desenvolvimento de novos dispositivos que podem vir a desempenhar um papel importante em aplicações futuras nas mais variadas áreas. As nanoantenas constituem um bom exemplo de tais dispositivos, sendo que a sua aplicação na área da tecnologia fotovoltaica, nas regiões do visível e infravermelho, tem vindo a despertar grande interesse nos últimos anos, devido à sua capacidade de capturar e confinar radiação eletromagnética. Alguns destes dispositivos apresentam determinadas aberturas e podem beneficiar de propriedades óticas relacionadas com o fenômeno de transmissão ótica extraordinária, do inglês extraordinary optical transmission (EOT), onde, devido a comportamentos ressonantes, a luz que passa por aberturas muito menores que o comprimento de onda da luz incidente, localizadas numa superfície de metal, pode ser transmitida em ordens de grandeza maiores que aquelas previstas pelas teorias clássicas de difração da luz. No entanto, a implementação de nanoantenas em aplicações fotovoltaicas ainda não foi alcançada com sucesso. Ao longo desta dissertação são simulados diferentes modelos 2D e 3D de uma nanoantena metálica com buracos cilíndricos integrada numa célula fotovoltaica, recorrendo ao COMSOL Multiphysics®. Os modelos apresentam ligeiras alterações entre si, como a posição da nanoantena na estrutura, a geometria das aberturas da nanoantena e o tipo de célula solar. Os resultados demonstram que o acoplamento de nanoantenas a células solares pode de facto ser vantajoso e originar melhorias na captação e absorção de energia solar pelas células. , en=The evolution of nanotechnology has provided a better understanding of light-matter interaction at a subwavelength scale and has led to the development of new devices that can possibly play an important role in future applications in various fields. Nanoantennas are a prime example of such devices, having gained considerable interest in recent years for their application in the field of photovoltaic technology at visible and infrared wavelengths, due to their ability of capturing and confining energy of free-propagating waves. Some of these devices feature apertures and can benefit from unique optical properties related to the phenomenon of extraordinary optical transmission (EOT) where, due to resonant behavior, light passing through subwavelength apertures in a metal film can be transmitted in greater orders of magnitude than that predicted by classical aperture theory. Nevertheless, the successful implementation of such devices for photovoltaic applications is yet to be achieved. During this dissertation, different 2D and 3D models featuring a metallic nanoantenna array with subwavelength holes coupled to a photovoltaic cell, are simulated using COMSOL Multiphysics®. These models present slight variations between them, such as the position of the nanoantenna within the structure, the geometry of the holes of the nanoantenna and type of solar cell. The results ultimately demonstrate that the coupling of nanoantennas to solar cells can indeed be advantageous and improve the capture and absorption of solar energy by the cells. }
{pt=aberturas, células solares, estruturas nanométricas, fotovoltaicos, nanoantena, en=apertures, nanoantenna, photovoltaic, solar cells, subwavelength structures}

Janeiro 15, 2021, 10:0

Orientação

ORIENTADOR

João Paulo Neto Torres

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar Convidado