Основні успіхи в моделюванні перовскітних сонячних елементів з використанням SCAPS-1D: вплив поглинача та товщини ETM
Анотація
З великим проривом, зафіксованим у ефективності перетворення енергії (PCE) перовскітних сонячних елементів (PSC) з 3,8 % до > 25 %, PSC привернули значну увагу як у наукових колах, так і в промисловості. Однак деякі проблеми залишаються перешкодою для реалізації їх розгортання. Для розробки високоефективних PSC, а також екологічно безпечних пристроїв, бажано моделювати та оптимізувати такі пристрої. Проектувати сонячну батарею без імітаційних робіт непрактично, а також є витрачанням час та коштів. Проектування мінімізує не тільки ризик, час і гроші, а аналізує властивості та роль шарів для оптимізації сонячного елемента для досягнення найкращої продуктивності. Чисельне моделювання для опису фотоелементних тонкошарових пристроїв є зручним інструментом для кращого розуміння основних факторів, що обмежують електричні параметри сонячних елементів, і для підвищення їх продуктивності. У цій оглядовій статті ми зосередилися на останніх досягненнях у моделюванні та оптимізації PSC за допомогою SCAPS-1D з акцентом на товщину поглинача та електронно-транспортного середовища (ETM).
Завантаження
Посилання
D. Eli, M.Y. Onimisi, S. Garba, and J. Tasiu, SN Applied Science, 2, 1769 (2020), https://doi.org/10.1007/s42452-020-03597-y
D. Eli, M.Y. Onimisi, S. Garba, P.M. Gyuk, T. Jamila, and H.P. Boduku, IOP Conference Series, Material Science and Engineering, 805, 012005 (2020), https://doi.org/10.1088/1757-899X/805/1/012005
M.U. Samuel, M.Y. Onimisi, J.A. Owolabi, D. Eli, and E.O. Mary, The Proceedings of the Nigerian Academy of Science, 13(1), 148 (2020), https://nasjournal.org.ng/index.php/pnas/article/view/320/162
J. Jin, J. Li, Q. Tai, Y. Chen, D.D. Mishra, W. Deng, J. Xin, S. Guo, B. Xiao, and X. Wang, Journal of Power Sources, 482, 228953 (2021), https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228953
M. Minbashi, A. Ghobadi, M.H. Ehsani, H. Rezagholipour Dizaji, and N. Memarian, Solar Energy, 176, 520 (2018), http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2018.10.058
K. Kumari, A. Jana, A. Dey, T. Chakrabarti, and S.K. Sarkar, Optical Materials, 111, 110574 (2021), https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110574
P.K. Patel, Scientific Reports, 11, 3082 (2021), https://doi.org/10.1038/s41598-021-82817-w
X. Dai, K. Xu, and F. Wei Beilstein, Journal of Nanotechnology, 11, 51 (2020), https://doi.org/10.3762/bjnano.11.5
X. Zhu, Z. Xu, S. Zuo, J. Feng, Z. Wang, X. Zhang, K. Zhao, J. Zhang, H. Liu, S Priya, S. F. Liu, and D. Yang, Energy & Environmental Science, 11, 3349 (2018), https://doi.org/10.1039/C8EE02284D
F. Di Giacomo, S. Shanmugam, H. Fledderus, B.J. Bruijnaers, W.J.H. Verhees, M.S. Dorenkamper, S.C. Veenstra, W. Qiu, R. Gehlhaar, T. Merckx, T. Aernouts, R. Andriessen, and Y. Galagan, Solar Energy Materials and Solar Cells, 181, 53 (2018), https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.11.010
Y. Zong, Z. Zhou, M. Chen, N.P. Padture, and Y. Zhou, Advanced Energy Materials, 8, 1800997 (2018), https://doi.org/10.1002/aenm.201800997
I.J. Ogundana, and S.Y. Foo, Journal of Solar Energy, 2017, Article ID 8549847, https://doi.org/10.1155/2017/8549847
F. Izadi, A. Ghobadi, A. Gharaati, M. Minbashi, and A. Hajjiah, Optik, 227, 166061 (2021), https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.166061
C.W. Chang, Z.W. Kwang, T.Y. Hsieh, T.C. Wei, and S.Y. Lu, Electrochimica Acta, 292, 399 (2018), https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.09.161
M. Rai, L.H. Wong, and L. Etgar, Journal of Physical Chemistry Letters, 11(19), 8189 (2020), https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02363
A. Sławek, Z. Starowicz, and M. Lipin´ski, Materials, 14, 3295 (2021), https://doi.org/10.3390/ma14123295
A. Kumar, S.K. Ojha, N. Vyas, and A.K. Ojha, ACS Omega, 6(10), 7086 (2021), https://doi.org/10.1021/acsomega.1c00062
J. Stenberg, Master’s Thesis, Umea University, (2017).
I. Hussain, H.P. Tran, J. Jaksik, J. Moore, N. Islam, and M.J. Uddin, Emergent materials, 1, 133 (2018), https://doi.org/10.1007/s42247-018-0013-1
A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, and T. Miyasaka, Journal of American Chemical Society, 131, 6050 (2009), https://doi.org/10.1021/ja809598r
H.S. Kim, C.R. Lee, J.H. Im, K.B. Lee, T. Moehl, A. Marchioro, S.J. Moon, R. Humphry-Baker, J.H. Yum, J.E. Moser, M. Grätzel, and N.G. Park, Scientific Reports, 2, 591 (2012), https://doi.org/10.1038/srep00591
Z. Song, S.C. Watthage, A.B. Phillips, M.J. Heben, Journal of Photonics for Energy, 6, 022001 (2016), https://doi.org/10.1117/1.JPE.6.022001
L. Meng, J. You, T.-F. Guo, and Y. Yang, Accounts of Chemical Research, 49(1), 155 (2016), https://doi.org/10.1021/acs.accounts.5b00404
J.Y. Jeng, Y.F. Chiang, M.H. Lee, S.R. Peng, T.F. Guo, P. Chen, and T.C. Wen, Advanced Materials, 25, 3727 (2013), https://doi.org/10.1002/adma.201301327
L. Hu, K. Sun, M. Wang, W. Chen, B. Yang, J. Fu, Z. Xiong, X. Li, X. Tang, Z. Zang, S. Zhang, L. Sun, and M. Li, ACS Applied Materials & Interfaces, 9(50), 43902 (2017), https://doi.org/10.1021/acsami.7b14592
D. Eli, M.Y. Onimisi, S. Garba, R.U. Ugbe, J.A. Owolabi, O.O. Ige, G.J. Ibeh, and A.O. Muhammed, Journal of the Nigerian Society of Physical Sciences, 1, 72 (2019), https://doi.org/10.46481/jnsps.2019.13
E. Danladi, A. Shuaibu, M. S. Ahmad, and J. Tasiu, East European Journal of Physics, 2021(2), 135 (2021), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-2-11
U. Mandadapu, S.V. Vedanayakam, and K. Thyagarajan, International Journal of Engineering Science and Invention, 2, 40 (2017).
J.A. Owolabi, M.Y. Onimisi, J.A. Ukwenya, A.B. Bature, U.R. Ushiekpan, American Journal of Physics and Applications, 8(1), 8, (2020), http://dx.doi.org/10.11648/j.ajpa.20200801.12
A.O. Muhammed, E. Danladi, H.P. Boduku, J. Tasiu, M.S. Ahmad, and N. Usman, East European Journal of Physics, 2021(2), 146 (2021), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-2-12
S.S. Hussain, S. Riaz, G.A. Nowsherwan, K. Jahangir, A. Raza, M.J. Iqbal, I. Sadiq, S.M. Hussain, and S. Naseem, Journal of Renewable Energy, 2021, Article ID 6668687 (2021), https://doi.org/10.1155/2021/6668687
S.Z. Haider, H. Anwar, and M. Wang, Semiconductor Science and Technology, 33, 035001 (2018), https://orcid.org/0000-0002-0473-850X
M.M. Tavakoli, L. Gu, Y. Gao, C. Reckmeier, J. He, A.L. Rogach, Y. Yao, and Z. Fan, Scientific Reports, 5, 14083 (2015), https://doi.org/10.1038/srep14083
A.A. Paraecattil, J. De Jonghe-Risse, V. Pranculis, J. Teuscher, and J.E. Moser, Journal of Physical Chemistry C, 120, 19595 (2016), https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b08022
T. Ouslimane, L. Et-taya, L. Elmaimouni, and A. Benami, Heliyon, 7, e06379 (2021), https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06379
J.P. Correa-Baena, M. Anaya, G. Lozano, W. Tress, K. Domanski, M. Saliba, T. Matsui, T.J. Jacobsson, M.E. Calvo, A. Abate, M. Gratzel, H. Míguez, and A. Hagfeldt, Advanced Materials, 28, 5031 (2016), https://doi.org/10.1002/adma.201600624
P. Singh, and N.M. Ravindra, Solar Energy Materials and Solar Cells, 101, 36 (2012), https://doi.org/10.1016/j.solmat.2012.02.019
B.M. Soucase, I.G. Pradas, and K.R. Adhikari, in: Perovskite Materials - Synthesis, Characterisation, Properties, and Applications, (49659), 445 (2016), https://doi.org/10.5772/61751
M. Kaifi, and S.K. Gupta, International Journal of Engineering Research and Technology, 12(10), 1778 (2019).
G.A. Nowsherwan, K. Jahangir, Y. Usman, M.W. Saleem, M. Khalid, Scholars Bulletin, 7(7), 171 (2021), https://doi.org/10.36348/sb.2021.v07i07.004
U.C. Obi, M.Sc. thesis, department of material science and engineering, African university of science and technology, Abuja, Nigeria (2019).
M.T. Islam, M.R. Jani, S. Rahman, K.M. Shorowordi, S.S. Nishat, D. Hodges, S. Banerjee, H. Efstathiadis, J. Carbonara, and S. Ahmed, SN Applied Sciences, 3, 504 (2021), https://doi.org/10.1007/s42452-021-04487-7
M.I. Samiul, K. Sobayel, A. Al-Kahtani, M.A. Islam, G. Muhammad, N. Amin, M. Shahiduzzaman, and M. Akhtaruzzaman, Nanomaterials, 11, 1218 (2021), https://doi.org/10.3390/nano11051218
U. Mandadapu, S.V. Vedanayakam, and K. Thyagarajan, Indian Journal of Science and Technology, 10(11), 1 (2017).
U. Mandadapu, S.V. Vedanayakam, K.K. Thyagarajan, and B.J. Babu, International Journal of Simulation and Process Modelling, 13(3), 221 (2018), https://dx.doi.org/10.1504/IJSPM.2018.093097
M.R. Ahmadian-Yazdi, F. Zabihi, M. Habibi, and M. Eslamian, Nanoscale Research Letters, 11, 408 (2016), https://doi.org/10.1186/s11671-016-1601-8
J. Barbé, M.L. Tietze, M. Neophytou, B. Murali, E. Alarousu, A. El Labban, M. Abulikemu et al, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 11828 (2017), https://doi.org/10.1021/acsami.6b13675
K.R. Adhikari, S. Gurung, B.K. Bhattarai, and B.M. Soucase, Physica Status Solidi C, 13(1), 13 (2016), https://doi.org/10.1002/pssc.201510078
N.A. Sultana, M.O. Islam, M. Hossain, and Z.H. Mahmood, Dhaka University Journal of Science, 66(2), 109 (2018), http://dx.doi.org/10.3329/dujs.v66i2.54553
Y. Raoui, H. Ez-Zahraouy, N. Tahiri, O. El Bounagui, S. Ahmad, and S. Kazim, Solar Energy, 193, 948 (2019), https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.10.009
A. Singla, R. Pandey, R. Sharma, J. Madan, K. Singh, V.K. Yadav, and R. Chaujar, in: 2018 IEEE Electron Devices Kolkata Conference (EDKCON), pp. 278-282 (2018).
T. Kirchartz, T. Agostinelli, M. Campoy-Quiles, W. Gong, and J. Nelson, The Journal of Physical Chemistry Letters, 3, 3470 (2012), https://doi.org/10.1021/jz301639y
I. Alam, and M.A. Ashraf, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, (2020).
S. Yasin, T. Al Zoubi, and M. Moustafa, Optik, 229, 166258 (2021), https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.166258
F.A. Afak, M. Nouredine, S.A. Meftah, Solar Energy, 181, 372 (2019), https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.02.017
M. Kumar A. Raj, A. Kumar, and A. Anshul, Materials Today Communications, 26, 101851 (2021), https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101851
N. Singh, A. Agarwal, and M. Agarwal, AIP Conference Proceedings, 2265, 030672 (2020), https://doi.org/10.1063/5.0016929
S. Aseena, N. Abraham, and V.S. Babu, Materials Today: Proceedings, 43(6), 3432 (2021), https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.077
L. Huang, X. Sun, C. Li, R. Xu, J. Xu, Y. Du, Y. Wu, J. Ni, H. Cai, et al, Solar Energy Materials and Solar Cells, 157, 1038 (2016), https://doi.org/10.1016/j.solmat.2016.08.025
A. Hima, N. Lakhdar, B. Benhaoua, A. Saadoune, I. Kemerchou, and F. Rogti, Superlattices and Microstructures, 129, 240 (2019), https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.04.007
Цитування
Performance Enhancement via Numerical Modeling and Optimization of FASnI3 Perovskite Solar Cell
Kanouni Lahcene, Saidi Lamir, Yousfi Abderrahim & Saidani Okba (2024) East European Journal of Physics
Crossref
First-principles investigation and photovoltaic assessment of Cs2SnZ6 (Z = Cl, Br, I) lead-free perovskites for future solar technologies
Rahman Md. Ferdous, Saiyed Abu, Hossain Md. Faruk, Marasamy Latha, Al Galib Tanvir, Rahman Mahabur & Bani-Fwaz Mutasem Z. (2025) RSC Advances
Crossref
Ray tracing analysis of CH3NH3PBI3-based perovskite solar cells: effects of various perovskite, ETL and HTL thicknesses
Rahime N. A. H., Azis A., Yusoff M. Z. M. & Yahya M. S. (2025) Journal of Optoelectronic and Biomedical Materials
Crossref
Material and Interface Innovations in Perovskite–Silicon Tandem Solar Cells for Enhanced Stability and Efficiency
Sharma Anupam, Sharma Ajay, Garg Mukesh, Kumar Narinder, Sharma Suchinder K. & Sharma Anil Kumar (2026) Journal of Electronic Materials
Crossref
Performance evaluation of all-inorganic cesium-based perovskite solar cell with BaSnO3 as ETL
Tara Ayush, Bharti Vishal, Dixit Himanshu, Sharma Susheel & Gupta Rockey (2023) Journal of Nanoparticle Research
Crossref
Triple-junction all-perovskite solar cells: a review
Zhang Jialun, He Zijie & Chen Cong (2025) Journal of Materials Chemistry A
Crossref
Recent advances and strategies for enhancing perovskite-organic tandem solar cells
Sharma Anupam, Gupta Vikas, Sharma Ajay, Sharma Suchinder K. & Sharma Anil Kumar (2025) Next Research
Crossref
Numerical analysis of photovoltaic performance in NaSnCl3 and KSnCl3 perovskite absorber layers for solar energy harvesting: SCAPS-1D study
Bouri Nabil, Geleta Tesfaye Abebe, Guji Kefyalew Wagari, Behera D. & Nouneh Khalid (2024) Materials Today Communications
Crossref
An overview of the numerical modeling, simulation, and optimization methods: toward the design of highly efficient planer perovskite solar cells
Aliaghayee Mehdi (2024) Discover Electronics
Crossref
Device Structures of Perovskite Solar Cells: A Critical Review
Deepika , Singh Arjun, Verma Upkar K. & Tonk Anu (2023) physica status solidi (a)
Crossref
Simulation of high efficiency hybrid FTO/TiO2/CH3NH3SnI3/RGO based solar cell using SCAPS-1D
Priya T. Keerthi, Deb Prasenjit & Choudhury Anwesha (2024) Optik
Crossref
Simulation of dual-absorber perovskite solar cells by SCAPS for enhanced efficiency
Vidya Dhulipala Navya Sri, Prasanna J Lakshmi, Kumar M Ravi, Kumar Atul & Santhosh Chella (2025) Engineering Research Express
Crossref
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
