7,379 % ефективність перетворення потужності чисельно змодельованого твердотільного сенсибілізованого барвником сонячного елемента з тіоціанатом міді (I) як дірковим провідником

  • Елі Данладі Фізичний факультет, Федеральний університет наук про здоров’я, Отукпо, штат Бенуе, Нігерія https://orcid.org/0000-0001-5109-4690
  • Мухаммад Кашиф Школа електричної автоматизації та інформаційної інженерії, Тяньцзінський університет, Тяньцзінь, Китай
  • Томас Даніель Фізичний факультет, Федеральний університет Алекса Еквуме, Ндуфу Аліке, штат Ебоні, Нігерія https://orcid.org/0000-0002-5176-9181
  • Кристофер Ачем Центр розвитку супутникових технологій NASRDA, Абуджа, Нігерія
  • Метью Альфа Фізичний факультет, Нігерійський армійський університет, Біу, штат Борно, Нігерія
  • Майкл Г'ян Фізичний факультет, Освітній університет, Віннеба, Гана
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2022-3-03
Ключові слова: 1

Анотація

Предметом дослiдження був пошук альтернативи рідкому електроліту в сонячних елементах, сенсибілізованих барвником (DSSC), щодо фотоелектричних властивостей. Тут шляхом моделювання ми повідомили про продуктивність сонячного елемента, сенсибілізованого барвником, замінивши рідкий електроліт на  дірковий провідник з мідного (I) тіоціанатуэ(CuSCN). Дослідження проводилося за допомогою програмного забезпечення для моделювання сонячної ємності (SCAPS), яке базується на рівняннях Пуассона та безперервності. Моделювання проводилося на основі запропонованої n-i-p архітектури FTO/TiO2/N719/CuSCN/Pt. Результат початкового пристрою дав ефективність перетворення потужності (PCE) - 78,32 %, коефіцієнт заповнення (FF) - 5,71 %, щільність струму короткого замикання (Jsc) - 6,23 мАсм-2, і напругу холостого ходу (Voc) - 1,17 В. Після оптимізації вхідних параметрів для отримання 1×109 см-2 для щільності дефектів інтерфейсу CuSCN/N719, 280 К для температури, 1,0 мкм для товщини барвника N719, 0,4 мкм для товщини TiO2, Pt для зворотного контакту металу та 0,2 мкм для товщини CuSCN , було отримано загальну продуктивність пристрою 7,379 % для PCE, 77,983 % для FF, 7,185 mAcm‑2 для Jsc та 1,317 V для Voc. У порівнянні з початковим пристроєм, оптимізовані результати показали покращену продуктивність приблизно в 1,29 рази, 1,15 рази та 1,13 рази в PCE, Jsc і Voc порівняно з початковим пристроєм. Отримані результати є обнадійливими, і одержані дані можуть послужити базою для дослідників, які беруть участь у виготовленні нових високопродуктивних твердотільних DSSC, щоб зрозуміти їхню привабливість для масштабованості в галузі.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

B. O’regan, and M. Grätzel, Nature, 353, 737–740 (1991), https://doi.org/10.1038/353737a0

S. Sharma, K.K. Jain, and A. Sharma, Materials Sciences and Applications, 6(12), 1145–1155 (2015), https://doi.org/10.4236/msa.2015.612113

V.R. Gómez, F.A. Mató, D.S. Jiménez, G.S. Rodríguez, A.Z. Lara, I.M. De Los Santos, and H.Y.S. Hernández, Optical and Quantum Electronics, 52, 324 (2020), https://doi.org/10.1007/s11082-020-02437-y

A. Hagfeldt, G. Boschloo, L.C. Sun, L. Kloo, and H. Pettersson, Chemical Reviews, 110, 6595–6663 (2010), https://doi.org/10.1021/cr900356p

M. Gratzel, Accounts of Chemical Research, 42, 1788–1798 (2009), https://doi.org/10.1021/ar900141y

S. Yanagida, Y.H. Yu, and K. Manseki, Accounts of Chemical Research, 42, 1827–1838 (2009), https://doi.org/10.1021/ar900069p

I. Chung, B. Lee, J. He, R.P.H. Chang, and M.G. Kanatzidis, Nature, 485, 486-489 (2012), https://doi.org/10.1038/nature11067

M. Wang, N. Chamberland, L. Breau, J.E Moser, R.H. Baker, B. Marsan, S.M. Zakeeruddin, and M. Grätzel, Nature Chemistry, 2, 385–389 (2010), https://doi.org/10.1038/nchem.610

A. Yella, H.W. Lee, H.N. Tsao, C. Yi, A.K. Chandiran, M.K. Nazeeruddin, E.W.G. Diau, C.Y. Yeh, S.M. Zakeeruddin, and M. Grätzel, Science, 334, 629–634 (2011), https://doi.org/10.1126/science.1209688

K.H. Wong, K. Ananthanarayanan, S.R. Gajjela, and P. Balaya, Materials Chemistry and Physics, 125, 553-557 (2011), https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2010.10.017

F. Jahantigh, and M.J. Safkhani, Applied Physics A, 125, 276 (2019), https://doi.org/10.1007/s00339-019-2582-0

L. Schmidt-Mende, S.M. Zakeeruddin, and M. Grätzel, Applied Physics Letters, 86, 013504 (2005), https://doi.org/10.1063/1.1844032

W. Zhang, Y. Cheng, X. Yin, and B. Liu, Macromolecular Chemistry and Physics, 212, 15-23 (2011), https://doi.org/10.1002/macp.201000489

F. Arith, O.V. Aliyaselvam, A.N.M. Mustafa, M.K. Nor, and O.A. Al-Ani, International journal of renewable energy research, 11(2), 869-878 (2021), https://www.ijrer.org/ijrer/index.php/ijrer/article/view/12046/pdf

E.V.A. Premalal, G.R.R.A. Kumara, R.M.G. Rajapakse, M. Shimomura, K. Murakami, and A. Konno, Chemical Communication, 46, 3360–3362 (2010), https://doi.org/10.1039/B927336K

R. Hehl, and G. Thiele, Anorganische und Allgemeine Chemie, 626, 2167–2172 (2000), https://doi.org/10.1002/1521-3749(200010)626:10%3C2167::AID-ZAAC2167%3E3.0.CO;2-7

V. Perera, and K. Tennakone, Solar Energy Materials and Solar Cells, 79(2), 249–255 (2003), https://doi.org/10.1016/S0927-0248(03)00103-X

B.K. Korir, J.K. Kibet, and S.M. Ngari, Optical and Quantum Electronics, 53, 368 (2021), https://doi.org/10.1007/s11082-021-03013-8

M. Burgelman, J. Verschraegen, S. Degrave, and P. Nollet, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 12(2–3), 143 153 (2004), https://doi.org/10.1002/pip.524

D. Bartesaghi, I. del Carmen Pérez, J. Kniepert, S. Roland, M. Turbiez, D. Neher, and L.J.A. Koster, Nature Communications, 6(1), 1–10 (2015), https://doi.org/10.1038/ncomms8083

E.V.A. Premalal, N. Dematage, and A. Konno, Chemistry Letters, 41, 510-512 (2012), https://doi.org/10.1246/cl.2012.510

A.M. Karmalawi, D.A. Rayan, and M.M. Rashad, Optik, 217, 164931 (2020), https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164931

A.J. McEvoy, L. Castaner, T. Markvart, in: Solar cells: materials, manufacture and operation, (Academic Press, Amsterdam. 2013), pp. 3–25.

N. Devi, K.A. Parrey, A. Aziz, and S. Datta, Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena, 36(4), 04G105 (2018), https://doi.org/10.1116/1.5026163

Y. Gan, X. Bi, Y. Liu, B. Qin, Q. Li, Q. Jiang, and P. Mo, Energies, 13(22), 5907 (2020), https://doi.org/10.3390/en13225907

A.K. Daoudia, Y. El Hassouani, and A. Benami, International Journal of Engineering and Technical Research, 6(2), 71-75 (2016), https://www.academia.edu/download/54231833/IJETR042544.pdf

U. Mehmood, A. Al-Ahmed, F.A. Al-Sulaiman, M.I. Malik, F. Shehzad, and A.U.H. Khan, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 946 (2017), https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.114

P. Roy, S. Tiwari, and A. Khare, Results in Optics, 4, 100083 (2021), https://doi.org/10.1016/j.rio.2021.100083

S. Dubey, J.N. Sarvaija, and B. Seshadri, Energy Procedia, 33, 311-321 (2013), https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.05.072

A. Shahriar, S. Hasnath, and M.A. Islam, EDU Journal of Computer and Electrical Engineering, 01(01), 31-37 (2020), https://doi.org/10.46603/ejcee.v1i1.21

C. Xiang, X. Zhao, L. Tan, J. Ye, S. Wu, S. Zhang, and L. Sun, Nano Energy, 55, 269–276 (2019), https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.10.077

W. Cai, Z. Zhang, Y. Jin, Y. Lv, L. Wang, K. Chen, and X. Zhou, Solar Energy, 188, 441–449 (2019), https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.05.081

N.A. Bakr, A.K. Ali, S.M. Jassim, and K.I. Hasoon, ZANCO Journal of Pure and Applied Sciences, 29(s4), s274-s280 (2017), https://doi.org/10.21271/ZJPAS.29.s4.31

J.M.K.W. Kumari, N. Sanjeevadharshini, M.A.K.L. Dissanayake, G.K.R. Senadeera, and C.A. Thotawatthage, Ceylon Journal of Science, 45(1), 33-41 (2016), http://dx.doi.org/10.4038/cjs.v45i1.7362

D.L. Domtau, J. Simiyu, E.O. Ayieta, L.O. Nyakiti, B. Muthoka, and J.M. Mwabora, Surface Review and Letters, 24(5), 1750065 (2017), https://doi.org/10.1142/S0218625X17500652

Z.S. Wang, H. Kawauchi, T. Kashima, and H. Arakawa, Coordination Chemistry Reviews, 248, 1381-1389 (2004), https://doi.org/10.1016/j.ccr.2004.03.006

M.C. Kao, H.Z. Chen, S.L. Young, C.Y. Kung, and C.C. Lin, Thin Solid Films, 517, 5096-5099 (2009), https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.03.102

F. Behrouznejad, S. Shahbazi, N. Taghavinia, H.P. Wu, and E. W-G. Diau, Journal of Materials Chemistry A, 4, 13488-13498 (2016), https://doi.org/10.1039/C6TA05938D

Опубліковано
2022-09-02
Цитовано
Як цитувати
Данладі, Е., Кашиф, М., Даніель, Т., Ачем, К., Альфа, М., & Г’ян, М. (2022). 7,379 % ефективність перетворення потужності чисельно змодельованого твердотільного сенсибілізованого барвником сонячного елемента з тіоціанатом міді (I) як дірковим провідником. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 19-31. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2022-3-03
Номер
№ 3 (2022): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2022 Елі Данладі, Мухаммад Кашиф, Тормас О. Даніель, Кристофер У. Ачем, Метью Альфа, Майкл Г'ян

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

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).