Investigating the performance of Tin-based perovskite solar cell with Cadmium Sulphide as etm and graphene as htm using SCAPS-1D

А.Дж. Оуволабі; Х. Алі; У. Н. Іджеома; М.Й. Онімісі; Р.А. Тафіда; Дж. Олалекан Аувуджула; Х. Гамбо

doi:10.15330/pcss.25.4.764-772

Автор(и)

А.Дж. Оуволабі Академія оборони Нігерії, Кадуна, Нігерія
Х. Алі Академія оборони Нігерії, Кадуна, Нігерія
У. Н. Іджеома Академія оборони Нігерії, Кадуна, Нігерія
М.Й. Онімісі Академія оборони Нігерії, Кадуна, Нігерія
Р.А. Тафіда Академія оборони Нігерії, Кадуна, Нігерія
Дж. Олалекан Аувуджула Директорат інформаційно-комунікаційних технологій NDA Кадуна, Кадуна, Нігерія
Х. Гамбо Академія оборони Нігерії, Кадуна, Нігерія

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.764-772

Ключові слова:

дірки, електрони, SCAPS-1D

Анотація

Безсвинцеві сонячні елементи на основі перовскіту демонструють високий потенціал для відновлюваної енергії. Програмне забезпечення для моделювання SCAPS-1D використовувалося для моделювання пристрою безсвинцевого перовскітного сонячного елемента з архітектурою Glass/FTO/CdS/CH₃NH₃SnI₃/Graphene/Pt. Для оцінки продуктивності проведено процес оптимізації різних параметрів, таких як товщина ETM, поглинача, енергія забороненої зони матеріалу для транспорту дірок. Виконано обговорення їх впливу на параметри сонячної батареї. Оптимальна товщина шару ETM і матеріалу поглинача була досягнута при 40 нм і 950 нм. Енергія забороненої зони забезпечила оптимальну продуктивність параметрів пристрою при 0,9 еВ. Змодельовано зміни температури та відзначено, що кінцевий пристрій демонструє мінімальне зниження продуктивності параметрів PSC зі збільшенням температури. Остаточна оптимізована структура пристрою досягла PCE, Voc, Jsc і FF 25,65%, 0,9606 В, 33,2491 (мА/см2) і 80,32% відповідно. Тому, очікується, що отримані висновки прокладуть шлях для розробки безсвинцевих і високоефективних перовскітних сонячних батарей.

Посилання

N.S. Lewis, Research opportunities to advance solar energy utilization. Science, 351(6271), aad1920 (2016); https://doi.org/10.1126/science.aad1920.

Kiran Ranahat, Lee Patriteev, Alexandra Reevina, Kirill Andrianov, Valery Lapshinsky, Elena Sofrovova, An introduction to solar cell technology,14(4), 481 (2016); https://doi.org/10.5937/jaes14-10879.

M. Raugei, P. Fullana-i-Palmer, & V. Fthenakis, The energy return on energy investment (EROI) of photovoltaics: Methodology and comparisons with fossil fuel life cycles. Energy Policy, 45, 576 (2012); https://doi.org/10.1016/j.enpol.2012.03.008.

H. Li, J. Lin, X. Guan, X. Zhao, K. Yao, & Y. Liu, Solar energy: Market penetration and potential in China. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 750 (2016).

S. Atamturktur, N. Karali, & V. Vittal, Review of modeling tools for microgrid planning and design. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 56, 309 (2016);

B.K. Sovacool, & M.H. Dworkin, Global energy justice: Problems, principles, and practices. Cambridge University Press. (2015).

Y. Gan, Y. Qiu, Y. Zhao, C. Li, & X. Zhang, Perovskite solar cells: Materials, structures, and performance. Solar Energy Materials and Solar Cells, 240, 111442 (2022).

A. Slagtern, Tin and inorganic tin compounds. World Health Organization. (2014).

G.Tong, S. Li, & L. Li, Tin‐Based Perovskite Solar Cells: Progress, Challenges, and Perspectives. Solar RRL, 73(8), 1900049 (2019).

M. Saliba, T. Matsui, K. Domanski, J.Y. Seo, A. Ummadisingu, S.M. Zakeeruddin, ... & M. Grätzel, Incorporation of rubidium cations into perovskite solar cells improves photovoltaic performance. Science, 354(6309), 206 (2016); https://doi.org/10.1126/science.aah5557.

G.E. Eperon, G.M. Paternò, R.J. Sutton, A. Zampetti, A.A. Haghighirad, F. Cacialli,. & H.J. Snaith, Inorganic caesium lead iodide perovskite solar cells. Journal of Materials Chemistry A, 3(39), 19688 (2015); https://doi.org/10.1039/C5TA06398A.

M. Burgelman, P. Nollet, and S. Degrave, Modelling polycrystalline semiconductor solar cells, Thin Solid Films, 361-362, 527 (2000); https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00825-1.

M. Burgelman, D. Koen, N. Alex, V. Johan, and D. Stefaan, SCAPS manual (2014).

A Md. Islam, N Md Bin Alamgir, S.I. Chowdhury, S.M.B. Billah, Lead-free organic-inorganic halide perovskite solar cell with over 30% efficiency. Article journal of ovonic research 18(3), 395 (2022), https://doi.org/10.15251/JOR.2022.183.395.

S.H. Zyoud, A.H. Zyoud, A. Abdelkader, & N.M. Ahmed, Numerical Simulation for Optimization of ZnTe-Based Thin-Film Heterojunction Solar Cells with Different Metal Chalcogenide Buffer Layers Replacements: SCAPS-1D Simulation Program. International Review on Modelling and Simulations (I.RE.MO.S.), 14(2), 79 (2021); https://doi.org/10.15866/iremos.v14i2.19954.

M. Gagandeep Singh, and R. Kumar, Simulation of perovskite solar cell with graphene as hole transporting material, in AIP Conference Proceedings, 2115 (1), 030548 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5113387.

T.J. Drummond, Work Functions of the transition Metals and Metal Silicides, article, February 15, (1999); Albuquerque, New Mexico. (https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc681130/m1/21/: accessedJuly 1, 2023).

M. Liu, S. Pathak, T. Stergiopoulos, & H.J. Snaith, Metallic electrodes for efficient perovskite solar cells. Nature Energy, 1(6), 16056 (2016).

W. S. Yang, J.H. Noh, N.J. Jeon, Y.C. Kim, S. Ryu, J. Seo, ... & S.I. Seok, High-performance photovoltaic perovskite layers fabricated through intramolecular exchange. Science, 348(6240), 1234. (2015); https://doi.org/10.1126/science.aaa9272.

M. Liu, M.B. Johnston, & H.J. Snaith, Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition. Nature, 501(7467), 395 (2013); https://doi.org/10.1038/nature12509.

Z. Song,, S.C. Watthage, A.B. Phillips, R.J. Ellingson, & M.J. Heben, Impact of halide composition on the electronic structure, optical properties, and solar cell performance of mixed-halide perovskites. The Journal of Physical Chemistry C, 122(12), 6662 (2018).

G.E. Eperon, V.M. Burlakov, P. Docampo, A. Goriely, & H.J. Snaith, Morphological control for high performance, solution-processed planar heterojunction perovskite solar cells. Advanced Functional Materials, 24(1), 151 (2014); https://doi.org/10.1002/adfm.201302090.