Періодичні видання СумДУ
Permanent URI for this communityhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/69
Browse
13 results
Search Results
Item A Computational Study on the Modelling of the Flow Field Plates of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell(Sumy State University, 2024) Singh, S.; Giri, K.; Chaudhuri, A.У цьому дослідженні детально досліджується моделювання біполярних пластин, пластин поля потоку та пакетів паливних елементів прямого спиртового паливного елемента. Вирішальним компонентом паливного елемента є біполярні пластини, які подають паливо до анода та окислювач до катода, а також підтримують електричну провідність між елементами. З огляду на те, що пластини поля потоку відіграють важливу роль у розподілі газів-реагентів до реакційних центрів, моделювання пластин поля потоку виявилося досить складним через той факт, що пластини поля потоку мають бути міцними та провідними як термічно, так і електрично. Електрохімічні втрати також спостерігаються у випадках, які виникають через дифузію іонів водню та електронів, а також іноді через природний опір матеріалу. Ці втрати можна мінімізувати лише за допомогою тоншої електролітної мембрани та роботи паливного елемента при низьких температурах. Таким чином, це дослідження спрямоване на широке вивчення різних параметрів, включаючи електрохімічні та термічні параметри, шляхом обчислювального моделювання з використанням MATLAB і PYTHON, що відіграє ключову роль у впливі на потік реагентів і величину генерованого струму.Item Methodology for service life evaluation of screens welded structures(Sumy State University, 2024) Shkut, A.P.The methodology of research on welded assemblies for fastening vibrators is based on modern software products, in particular SolidWorks Simulation in combination with SolidWorks Motion and hot spot stress (HSS) technology. It has been determined that the research on welded assemblies using the SolidWorks Education Edition software package is expedient, considering the most unfavorable situation, when there is a lack of fusion of edges. The solid-state model displays a lack of fusion as a gap between the welded parts. The research on the stress-strain state of welded structures using the finite element method shows that when the computational mesh cell size is reduced, the stress increases significantly, indicating the model singularity and the need for further application of the HSS technology. Research has revealed that the maximum stresses occur in those points of the welds where the longitudinal middle rib is connected to the plate and pipe. It has been determined that the service life of welded joints will exceed 2·106 cycles. To assess the accuracy of calculating the dynamic forces arising during the screen operation, the modeling results using the SolidWorks Motion program are compared with those classical methods that use the Lagrange equation of the second kind. It turned out that the calculation error does not exceed 30 %.Item Numerical Simulation and Performance Enhancement of CZTS Thin Film Solar Cells(Sumy State University, 2023) Zebach, M.; Hemmani, A.; Khachab, H.Розробка тонкоплівкових сонячних елементів дозволяє дослідникам оцінювати різні матеріали з метою підвищення ефективності перетворення елементів. Це особливо актуально для третього покоління сонячних фотоелектричних елементів, які включають шарові матеріали в нано- та мікрометровому масштабі, уникаючи нетоксичних і поширених у землі матеріалів із зниженими витратами на виробництво. В останні роки вчені зосередили свої дослідження на найдешевших і найстабільніших матеріалах, таких як кестерит, на основі таких елементів: мідь, цинк, олово і сірка (CZTS). Це один із найефективніших шарів поглинаючого матеріалу в тонкоплівкових сонячних елементах із прямою забороненою зоною (1,38-2,0 еВ) і високим коефіцієнтом поглинання (~ 104 см – 1). CZTS має величезний потенціал завдяки великій кількості землі, нетоксичності та низькій вартості виробництва порівняно з іншими тонкоплівковими матеріалами. Проте все ще існує кілька проблем щодо контролю вторинних фаз, композиційної однорідності, електронних дефектів і проблем нестабільності під час виготовлення, які обмежують ефективність сонячних елементів на основі CZTS і які ще потрібно подолати. У цій статті ми реалізуємо математичну модель гетеропереходу CdS-CZTS тонкоплівкового сонячного елемента. Отже, продуктивність сонячних елементів можна оцінити, змінюючи матеріал, параметри, співвідношення розмірів та інші змінні в елементах. По суті, ефективність перетворення наведена на рівні ƞ = 12,79 % результатів моделювання з використанням програмного забезпечення Matlab Simulink. Покращена ефективність перетворення, отримана завдяки нашому дослідженню моделювання, входить у діапазон експериментальних значень, досягнутих для цього типу дизайну тонкоплівкових сонячних елементів, як продемонстровано рекордно виміряною лабораторією ефективністю приблизно 12,6 % для подібної гетероперехідної клітини на основі звіту CZTS за редакцією Wei Wang та ін., тоді як теоретична максимальна ефективність перетворення для ідеальної сонячної батареї на основі CZTS оцінюється в 32,4 % відповідно до обмеження Шоклі Квейссера. Оскільки наше змодельоване значення ефективності наближається до виміряних експериментальних значень, але все ще значно нижче теоретичної межі, це свідчить про те, що подальше підвищення ефективності все ще може бути досягнуте шляхом оптимізації властивостей матеріалу та конструкції комірки.Item Effects of Boron Diffusion on Titanium Silicide Formation(Sumy State University, 2023) Karboua, H.; Dahraoui, N.; Boulakroune, M.; Fortaki, T.Метод вторинно-іонної мас-спектрометрії (ВІМС) був використаний для дослідження дифузії бору в шарах силіциду титану за кількох умов відпалювання та температури. Експериментальні профілі були змодельовані за допомогою моделі, заснованої на відомих законах Фіка та ефекті, що супроводжує дифузію бору під час силіцидації, як сегрегація та кластеризація. Порівняння результатів моделювання з літературними даними в однакових умовах відпалювання вказують на хорошу відповідність із результатами інших авторів. Це пояснює, що дифузія бору в силіциді титану залежить від сегрегації, кластеризації та перевищує розчинність твердої речовини. Моделювання базується на чисельному методі кінцевих різниць.Item The Effect of Temperature and Base Thickness on Photoelectric Parameters of Amorphous Silicon Solar Cells(Sumy State University, 2022) Gulomov, J.; Ziyoitdinov, J.; Gulomova, I.Одним із важливих завдань фотовольтаїки є конструювання гнучких сонячних елементів, стійких до впливу навколишнього середовища та призначених для покриття поверхонь різної форми. Таким чином, у дослідженні були вивчені сонячні елементи на основі аморфного кремнію. Аморфний кремній має більший коефіцієнт поглинання та ширину забороненої зони, ніж кристалічний кремній. Високий коефіцієнт поглинання доводить, що в тонких плівках можна досягти високого ККД. Згідно з отриманими результатами моделювання, максимальні значення напруги холостого ходу, струму короткого замикання, коефіцієнта заповнення та ККД сонячного елемента на основі аморфного кремнію становили 1,2044 В; 13,49 мА/см2; 80,03 % та 12,18 % відповідно, і були досягнуті при товщинах основи 35, 20, 3 і 15 мкм відповідно. Було вивчено вплив температури на сонячний елемент на основі аморфного кремнію оптимальної товщини, оскільки аморфний кремній дуже чутливий до зовнішніх впливів, таких як інтенсивність світла та температура. Тому важливо вивчити вплив температури на властивості сонячних елементів на основі аморфного кремнію. З підвищенням температури напруга холостого ходу зменшувалася, але струм короткого замикання, коефіцієнт заповнення та ККД збільшувалися. Температурні коефіцієнти напруги холостого ходу, струму короткого замикання, коефіцієнта заповнення та ККД становлять відповідно − 1,68×10 – 3; 2,24×10 – 3; 4,5×10 – 5 та 2,27×10 – 4 1/K.Item Simulation of reverse osmosis process: Novel approaches and development trends(Sumy State University, 2022) Huliienko, S.V.; Korniyenko, Y.M.; Muzyka, S.M.; Holubka, K.Reverse osmosis is an essential technological separation process that has a large number of practical applications. The mathematical simulation is significant for designing and determining the most effective modes of membrane equipment operation and for a deep understanding of the processes in membrane units. This paper is an attempt at systematization and generalizing the results of the investigations dedicated to reverse osmosis simulation, which was published from 2011 to 2020. The main approaches to simulation were analyzed, and the scope of use of each of them was delineated. It was defined that computational fluid dynamics was the most used technique for reverse osmosis simulation; the intensive increase in using of molecular dynamics methods was pointed out. Since these two approaches provide the deepest insight into processes, it is likely that they will further be widely used for reverse osmosis simulations. At the same time, for the simulation of the membrane plant, it is reasonable to use the models that required the simplest solutions methods. The solution-diffusion model appears to be the most effective and flexible for these purposes. Therefore, this model was widely used in considering the period. The practical problems solved using each of the considered approaches were reviewed. Moreover, the software used for the solution of the mathematical models was regarded.Item Influence of the Angle of Incident Light on the Performance of Textured Silicon Solar Cells(Sumy State University, 2021) Gulomov, J.; Aliev, R.Важливо знати вплив навколишнього середовища на властивості сонячних елементів, оскільки вони зазвичай використовуються у відкритих середовищах. Якщо морфологія поверхні сонячного елемента змінюється, кут падіння світла буде змінюватися залежно від його фотоелектричних властивостей. Отже, у роботі досліджувалися фотоелектричні властивості кремнієвих сонячних елементів, покритих вертикальними пірамідами з різними кутами основи, залежно від кута падіння світла. З отриманих результатів було виявлено, що при зміні кута падіння світла від 0° до 80° густини струму короткого замикання площинних, пірамідальних і текстурованих кремнієвих сонячних елементів з кутами основи пірамід 50.4° і 70.4° зменшуються до 82,6; 88,8; 89,8 %, напруги холостого ходу зменшуються до 10,5; 12,8; 14,1 %, а коефіцієнти заповнення зменшуються до 1,9; 2,2 та 3 %. ККД кремнієвого сонячного елемента, покритого пірамідами з кутом основи 70.4°, краще, ніж ККД планарних та інших текстурованих кремнієвих сонячних елементів в діапазоні кутів падіння світла від 0° до 80°, хоча залежність його фотоелектричних параметрів від кута падаючого світла зростає.Item Particle-in-cell Simulation of Processes in the Electron Gas(Sumy State University, 2021) Nikishkin, I.I.; Kholodov, R.I.Елементарні процеси взаємодії заряджених частинок в електронному пучку струмом близько 1 А вивчаються чисельно щодо проблеми електронного охолодження. Приведені результати чисельного моделювання одновимірним методом Particle-In-Cell таких процесів як розширення електронного газу, вирівнювання температур двох підсистем електронного газу, власні коливання модельного електрон-позитронного та електрон-протонного газів. У рамках методу вільний електронний газ розширюється за рахунок електростатичного відштовхування між електронами при постійний повній енергії. Модель вільного електронного газу, яка представлена модельними частинками у вигляді нескінченних пластин, також вирішується аналітично. У цьому випадку аналітично знайдені відхилення швидкості як функція часу та відстань між центрами заряду двох половин електронного газу. І це порівнюється з результатом чисельного обчислення. Якщо електронний газ представити як дві підсистеми з різною температурою, це призводить до вирівнювання температури при моделюванні. У статті розглянуто кілька випадків з різними початковими умовами та знайдено час релаксації. Результат моделювання електрон-позитронного та електрон-протонного газів показує, що їх коливання супроводжуються затуханням Ландау. Спектральний розподіл частот цих коливань показує максимуми, які відповідають теоретичним значенням.Item Numerical Simulation of Field-effect Transistor with a Channel in the Form of a Nanowire(Sumy State University, 2021) Buryk, I.P.; Holovnia, A.O.; Martynenko, I.M.; Ткач, Олена Петрівна; Ткач, Елена Петровна; Tkach, Olena Petrivna; Однодворець, Лариса Валентинівна; Однодворец, Лариса Валентиновна; Odnodvorets, Larysa ValentynivnaРобота базового функціонального елемента інтегральної схеми – польового транзистора заснована на дрейфі електронів та дірок у каналі. Із застосуванням розтягування-здавлювання кристалічної решітки кремнію Si, шляхом впровадження домішкових атомів, дещо зростає рухливість носіїв. Разом з цим значний інтерес до нанодротів на основі твердого розчину Si(Ge) як елементів для формування високоефективних каналів польових транзисторів обумовлює необхідність досліджень їх структурних, електричних та температурних характеристик. У роботі наведені результати числового моделювання коаксіальних Si-канальних транзисторних FET’s структур із затвором Gate-all-around (GAA). Структура транзистора n-типу GAA NW FET та його вольт-амперні характеристики були побудовані з використанням інструментів Silvaco TCAD. У рамках дифузійно-дрейфової моделі транспорту носіїв із врахуванням квантового потенціалу Бома отримані ефективні робочі параметри: допустимі значення порогової напруги, сили струму витоку та коефіцієнта Ion/Ioff. та їх залежності від температури. Отримано, що величини порогової напруги Vt та допорогового розкиду SS залишаються майже без змін із зростанням температури в інтервалі від 280 до 400 К, що насамперед пов’язано з додатковим впливом квантових ефектів для заданих товщини каналу та концентрацій домішок. Поряд з цим фіксується типове спадання сили струму ввімкнення на 45.5 % та струму витоку на 46.4 % в заданому інтервалі температур. Для оцінки термічної стабільності досліджуваних транзисторних систем розраховані температурні коефіцієнти βVt, βSS, βIon and βIoff. Їх величини становили відповідно 8.63.10– 5; – 0.53.10– 5; – 3.87.10– 3 and – 3.80.10– 3 K– 1. Результати чисельного моделювання показали добре узгодження з експериментальними даними.Item Synthesis and Characterization of ZnO Thin Film for Modeling the Effect of Its Defects on ZnO/Cu2O Solar Cell EQE(Sumy State University, 2021) Chala, S.; Boumaraf, R.; Bouhdjar, A.F.; Bdirina, M.; Labed, M.; Taouririt, T.E.; Elbar, M.; Sengouga, N.; Yakuphanoğlu, F.; Rahmane, S.; Naoui, Y.; Benbouzid, Y.Zinc oxide (ZnO) is one of the best transparent conducting oxide (TCO) materials with a wide bandgap and good electrical and optical properties. Its low cost, nontoxicity and transparency in the optical region of the electromagnetic spectrum make it very promising candidate for solar cell applications. In this work, zinc acetate precursor was used to grow a ZnO thin film by using sol-gel spin-coating technique. The surface morphological study using scanning electron microscope (SEM) was carried out to confirm the growth pattern and crystal distribution. The optical properties, transmission (T), reflection (R), optical bandgap (Eg), refractive index (n), and extinction coefficient (k) were extracted and investigated to be used in the simulation of ZnO/Cu2O heterostructure solar cell, where ZnO thin film plays a double role: as the TCO window, as well as the emitter of the n-p junction. However, the solar cell showed weak external quantum efficiency (EQE) compared to those prepared by using zinc nitrate and diethyl zinc precursors. TCAD numerical simulation was used to clarify the origin of this weak EQE by taking into account two parameters. The first studied parameter is the root-mean-square interface roughness, σRMS, in Haze modeling approach, H, which describes how much of incident light is scattered at the interface. The second studied parameter is the density of defects in the ZnO bulk with continuous distribution of states in its bandgap similar to an amorphous semiconductor made of tail bands and Gaussian distribution deep level bands. Consequently, and by adjusting and investigating the effect of the σRMS and the constituents of the bandgap states, we were able to obtain a good agreement between simulated and measured EQE characteristics of the solar cell.