7,379 % ефективність перетворення потужності чисельно змодельованого твердотільного сенсибілізованого барвником сонячного елемента з тіоціанатом міді (I) як дірковим провідником
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
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
Цитування
First-principles calculation to investigate structural and opto-electronic properties of transition base halide perovskite oxides for solar cell applications
Alsalmah Hessa A & Mehmood Shahid (2024) Solar Energy
Crossref
Predictive modeling of CsFABiCuI6-based PSC with Nd-doped ZnO as ETL using machine learning and numerical simulation
Nowsherwan Ghazi Aman, Riaz Saira & Naseem Shahzad (2025) Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design
Crossref
Photovoltaic properties of halide perovskites for solar cell application with efficiency greater than 18%
Mehmood Shahid, Khan Numan, Ali Zahid, Khan Imad & Alsalhi Sarah Abdullah (2024) RSC Advances
Crossref
Highly efficient 25.562% Cs2AgBiBr6 double perovskite solar cell with copper barium tin sulfide and ZnO as charge transport channels: an intuition from a theoretical study using SCAPS-1D
Danladi Eli, Oguzie Emeka E. & Ezema Fabian I. (2025) Journal of Photonics for Energy
Crossref
A Qualitative Theoretical Study of Inorganic HTM-Free RbGeI3 Based Perovskite Solar Cells Using SCAPS 1D as a Pathway Towards 3.601% Efficiency
Ekwu Mary T., Danladi Eli, Tasie Nicholas N., Haruna Idoko S., Okoro Osaretin E., Gyuk Philibus M., Jimoh Olayinka M. & Obasi Rita C. (2023) East European Journal of Physics
Crossref
Computational simulation and designing of highly efficient chalcogenide BaZrS3-based perovskite solar cells utilizing hole and electron transport materials using SCAPS
Sowayan Ahmed, Ataya Sabbah, El-Naggar Ahmed A., Lotfy Lotfy A., Eid Ahmed M., Ismail M., Nasser Mohamed, Djuansjah Joy, Abdelfatah Mahmoud, Sharshir Swellam W. & El-Shaer Abdelhamid (2025) Journal of Physics and Chemistry of Solids
Crossref
Optoelectronic and photovoltaic applications of layered halide perovskites Cs3X2Cl9 (X = Mo, Tc, Ru and Rh): A-first principle study
Ali Hina, Ali Zahid, Ali Hamad, Ahmad Israr & Ali Mazhar (2026) Computational Condensed Matter
Crossref
Modeling and simulation of > 19% highly efficient PbS colloidal quantum dot solar cell: A step towards unleashing the prospect of quantum dot absorber
Danladi Eli, Kashif Muhammad, Ouladsmane Mohamed, Hossain Ismail, Egbugha Anselem C., Alao Joseph O., Achem Christopher U., Tasie Nicholas N., Aremo Oluwatosin S. & Umar Ahmed M. (2023) Optik
Crossref
Enhanced efficiency in dual-junction CuO/Cu2Se solar cells via NiO and TiO2 tunnel junction engineering
Hasani Ebrahim (2025) Physica Scripta
Crossref
SCAPS-1D simulated organometallic halide perovskites: A comparison of performance under Sub-Saharan temperature condition
Ozurumba Anthony C., Ogueke Nnamdi V., Madu Chinyere A., Danladi Eli, Mbachu Chisom P., Yusuf Abubakar S., Gyuk Philibus M. & Hossain Ismail (2024) Heliyon
Crossref
Numerical simulation and performance optimization of a solid-state dye-sensitized solar cell with iridium counter electrode
Langa Bethuel S.K., Nqombolo Azile, Meyer Edson L., Agoro Mojeed A. & Rono Nicholas (2025) Results in Surfaces and Interfaces
Crossref
Performance enhancement of CZTS solar cells via Cu2O HTL and Cd0.4Zn0.6S buffer layer: a numerical study
Moustafa Mohamed, El-Naggar Ahmed A., Abu Waar Ziad, Abdelfatah Mahmoud & El-Shaer Abdelhamid (2026) Results in Optics
Crossref
SCAPS simulation and design of highly efficient CuBi2O4-based thin-film solar cells (TFSCs) with hole and electron transport layers
El-Naggar Ahmed A., Eid Ahmed M., Rafat Yasmeen, Khamis Mohamed A., Bakry Mabrouk, Elkun Salah, Ismail Walid, Sharshir Swellam W., El-Shaer Abdelhamid & Abdelfatah Mahmoud (2025) Scientific Reports
Crossref
Авторське право (c) 2022 Елі Данладі, Мухаммад Кашиф, Тормас О. Даніель, Кристофер У. Ачем, Метью Альфа, Майкл Г'ян
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).
