Güneş pi̇li̇ uygulamaları i̇çi̇n geni̇ş-bantlı metamalzeme soğurucusu

Global adoption of solar photovoltaic (PV) cells as a sustainable substitute to fossil fuel technologies has been impeded by its low efficiency. Generally, efficiency of these devices strongly depends on their ability to absorb radiations of electromagnetic waves incident on them. Their low absorptivity provides a challenge. Metamaterials (MTM) based solar cells offer an opportunity for increasing the system efficiency by enhancing the total absorbed solar radiation incident on solar PV cells. In this thesis a wide-band MTM absorber for solar cell application is proposed. The thesis first explains theories, properties and applications of metamaterials. Different absorber designs, including dual-bands and tunable wide-band perfect MTMs, are then proposed, characterized and numerically discussed. Absorption rates of more than 99% are numerically achieved for all the presented designs. Furthermore, a novel absorber is proposed, where a nearly perfect absorption is gained with a wide-band absorption response of more than 90%, covering a wide frequency range of 98 THz. Thermal and theoretical characterizations of the proposed metamaterial absorber unit cell are also discussed. Lastly, graphene monolayer sheet is integrated to the proposed wide-band MTM perfect absorber structure in order to improve its absorption capability.Sürdürülebilir bir teknoloji olan güneş pili (fotovoltaik) sistemlerinin, fosil yakıt teknolojilerinin yerini alarak dünya tarafından kabul edilmesi, düşük enerji verimlilikleri sebebiyle engellenmiştir. Genel olarak bu aygıtların verimlilikleri, üzerlerine düşen elektromanyetik radyasyonları soğurma yeteneklerine güçlü bir şekilde bağlıdır. Düşük emicilikleri bu konuda çözülmeyi bekleyen bir sonun teşkil etmektedir. Meta malzeme (MTM) tabanlı güneş pilleri, üzerlerine düşen toplam güneş radyasyonunun emilimini artırarak, güneş pillerinin sistem verimliliğini yükseltme imkânı sunmaktadırlar. Bu tezde, güneş pili uygulamaları için, geniş-bantlı MTM soğurucusu tasarlanmıştır. Tez ilk olarak, meta malzemelerle ilgili teorileri, meta malzemelerin özelliklerini ve uygulamalarını ele almıştır. Çift-bantlı ve ayarlanabilir geniş bantlı MTM soğurucu tasarımlarını da içeren farklı meta malzeme soğurucusu tasarımları yapılmış ve bu tasarımların özellikleri sayısal olarak incelenmiştir. Tüm tasarımlar için emicilik oranları 99% ‘’un üzerinde olarak elde edilmiştir. Ayrıca, 90%’ın üzerinde soğurma kapasitesine sahip, 98 THz frekans aralığını kapsayan, geniş-bantlı, yeni bir MTM soğurucu tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan MTM soğurucusun termal ve teorik nitelendirilmesi de ayrıca tartışılmıştır. Son olarak, önerilen geniş-bantlı MTM soğurucusunun birim hücresinin soğurma yeteneğini artırmak için bu soğurucunun üzerine tek katmanlı tabaka halinde grafen eklenmiştir.M.S. - Master of Scienc