Работы автора

На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки аэродинамики является исследование и оптимизация аэродинамических характеристик форм тел в потоке газа. Данная проблема возникает при проектировании летательных аппаратов и различных судов и связана с рациональным выбором формы профиля по большому количеству различных характеристик и, в частности, по величине аэродинамического сопротивления.

В данной работе описываются методы оптимизации осесимметричного аэродинамического профиля в стационарном ламинарном невязком потоке газа под различны-ми углами атаки. Предлагаемый метод решения подобной проблемы оптимизации и численного исследования аэродинамических характеристик описанного тела в потоке является актуальным ввиду сложности ее решения, например, традиционными методами на основе системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса. Экспериментальные методы имеют своей основой дорогостоящие и затратные по времени инструменты, не гарантирующие нахождение оптимума. Такой вычислительный инструмент, например, как Ansys Fluent хорошо приспособлен для решения подобных задач гидроаэродинамики и позволяет не только ускорить и удешевить процесс проведения вычислительного эксперимента, но и повысить эффективность его проведения.

В статье описывается процесс поиска оптимума, сводящийся к минимизации лобового сопротивления ранее описанного нами осесимметричного профиля. Также приводится описание параметризации геометрии профиля крыла и его анализ посредством предлагаемого программного комплекса.

Результатом проведенного численного исследования является полученное описание аэродинамических характеристик оптимизированной формы профиля для различных скоростей потока газа.

Изучается влияние длительности плазмохимической обработки кремниевых подложек во фторидной плазме. В качестве источника использовалась плазма гексафторида серы (SF6). Был проведён анализ полученных зависимостей шероховатости, высоты и угла наклона, сформированных при травлении, от времени плазмохимической обработки и от потока фторсодержащего газа. Длительность обработки во фторсодержащей плазме влияет на шероховатость вытравленной поверхности и геометрию вытравленной области, так при более длительной обработке во фторидной плазме возрастает шероховатость и угол полученной структуры. Изучение морфологии про-водилось на установке атомно-силовой микроскопии (АСМ). Было установлено, что по мере увеличения времени плазмохимической обработки увеличивался угол вытравленной структуры, зависимость шероховатости от времени имела условно два участка, интенсивно возрастающей до 60 сек и участок с мало меняющейся шероховатостью, но с большой дисперсией. При увеличении потока фторсодержащего газа линейно увеличивались угол вытравленной структуры, высота структуры и шероховатость вытравленной поверхности.

Проведено численное моделирование оксидного солнечного элемента на основе p–n гетероперехода Cu2O/TiO2 для оптимизации его структуры и повышения эффективности преобразования энергии. Исследовано влияние толщин слоев, концентраций акцепторов и доноров в слоях Cu2O и TiO2, а также работы выхода из материала тыльного контакта на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Получено, что оптимальная толщина слоев Cu2O и TiO2 составляет 1,5 мкм и 100 нм соответственно. Показано, что для получения высокой эффективности солнечного элемента концентрация акцепторов в слое Cu2O должна составлять 1016 см-3, а концентрация доноров в слое TiO2 должна быть 1019 см-3. Получено, что работа выхода материала тыльного контакта должна быть не менее 4,9–5 эВ для достижения высоких значений эффективности. Наиболее подходящими материалами для контакта к Cu2O являются Ni, C и Cu. Для солнечного элемента на основе p–n гетероперехода Cu2O/TiO2 получена максимальная эффективность 10,21 % (плотность тока короткого замыкания 9,89 мА/см2, напряжение холостого хода 1,38 В, фактор заполнения 74,81 %). Результаты могут быть использованы при разработке и формировании гетероструктур недорогих оксидных солнечных элементов.

Представлен емкостной метод и разработано экспериментальное устройство для автоматизированного измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов. Метод заключается в использовании в качестве переменной нагрузки емкости конденсатора для автоматизации процесса измерения. Основное преимущество данного метода заключается в быстроте измерения вольт-амперной характеристики солнечного элемента, что позволяет повысить точность и равномерность измеряемых фотоэлектрических параметров за счет снижения негативных внешних воздействий во времени, в частности нагрева солнечного элемента и нестабильности источника освещения. Проведенные измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов с использованием разработанного экспериментального устройства показали, что погрешность полученных фотоэлектрических параметров по сравнению с заявленными в спецификации значениями составляет порядка 5 %, что подтверждает высокую точность представленного метода измерения.

Рассмотрено численное моделирование бессвинцового перовскитного солнечного элемента в программе SCAPS-1D для оптимизации его структуры и улучшения эффективности преобразования энергии. Проведено исследование влияния толщины, концентраций дефектов и акцепторов в слое бессвинцового перовскита CH3NH3SnI3, а также работы выхода из материала тыльного контакта на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Получено, что оптимальная толщина слоя CH3NH3SnI3 составляет 500 нм, концентрация дефектов должна составлять порядка 1014–1015 см-3, а оптимальная концентрация акцепторов должна составлять 1016 см-3. Показано, что работа выхода материала тыльного контакта должна быть не менее 4,9–5 эВ для создания высокоэффективных солнечных элементов. Получена макси-мальная эффективность 23,13 % для перовскитного солнечного элемента со структу-рой FTO/TiO2/CH3NH3SnI3/Cu2O/C (ток короткого замыкания 31,94 мА/см2, напряже-ние холостого хода 0,95 В, фактор заполнения 76,07 %). Результаты могут быть ис-пользованы при разработке и изготовлении нетоксичных, высокоэффективных и не-дорогих перовскитных солнечных элементов.

Проведено численное моделирование оксидного солнечного элемента на основе гетероперехода ZnO/Cu2O для оптимизации его структуры и повышения эффективности преобразования энергии. Исследовано влияние шунтирующего и последовательного сопротивлений, толщины и концентрации дефектов в слоях Cu2O и ZnO, а также поверхностной концентрации дефектов на гетерогранице ZnO/Cu2O на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Показано, что величина шунтирующего и последовательного сопротивлений должна составлять 2500 Омсм2 и 3,3 Омсм2, а толщина слоев Cu2O и ZnO должна быть 5 мкм и 20 нм соответственно. Получено, что оптимальная концентрация дефектов (вакансий ионов меди) в слое Cu2O составляет 1015 см-3, концентрация дефектов (кислородных вакансий) в слое ZnO составляет 1019 см-3, а также поверхностная концентрация дефектов на межфазной границе должна быть как можно меньше и составлять 1010 см-2. Оптимизация структуры оксидного солнечного элемента позволила получить эффективность преобразования энергии до 10,25 %. Результаты могут быть использованы при разработке и формировании гетероструктур оксидных солнечных элементов.