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
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
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
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
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
Enhanced performance of lead-free tandem solar cells with CsSnCl3 perovskites: 44% power conversion efficiency
Vaish Saumya, Dixit Shiv Kumar, Saidani Okba, Yousfi Abderrahim & Joshi Bipin (2026) Next Energy
Crossref
Fullerene-C60 and PCBM as interlayers in regular and inverted lead-free PSCs using CH3NH3SnI3: an analysis of device performance and defect density dependence by SCAPS-1D
Diniz Araújo Vívian Helene, Nogueira Ana Flávia, Tristão Juliana Cristina & dos Santos Leandro José (2024) RSC Advances
Crossref
Advancing Ba3PCl3 photovoltaics: Unlocking 31 % efficiency through Se-engineered HTLs
Mia Md. Masum, Hossain Md. Faruk, Islam Md. Monirul, Bani-Fwaz Mutasem Z. & Ferdous Rahman Md. (2026) Journal of Physics and Chemistry of Solids
Crossref
A comprehensive study on the electronic, optical, and light harvesting examination of mixed cation 2-Br-PEAI/FAPbI3 perovskite solar cells through first principles calculations and numerical simulations
Kanoun Mohammed Benali, Alshoaibi Adil, Belarbi Mousaab & Goumri-Said Souraya (2025) Results in Chemistry
Crossref
Next-generation dual absorber solar cell design with Ca3AsI3 and Sr3PBr3 perovskites and MoO3 HTL achieves superior efficiency above 29%
Islam Sahjahan, Chy Jannati Islam, Das Ria Dipika, Bakkar Abu, Hossain Md. Faruk, Irfan Ahmad, Chaudhry Aijaz Rasool & Rahman Md. Ferdous (2025) Energy Advances
Crossref
Kumar Prashant, Kumar Manish & Singh Bhupendra (2025)
Crossref
Optimized Plasmonic Cubic Shape Nanoclusters for Improvement of the Performance of Thin-Film Perovskite Solar Cells
Aghchehkohal Fatemeh Aghanezhad & Heidarzadeh Hamid (2025) Plasmonics
Crossref
A Review of Machine Learning in Organic Solar Cells
Ahmed Darya Rasul & Muhammadsharif Fahmi F. (2025) Processes
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).
