Покращена продуктивність сонячної батареї CuIn1-XGXSe2 завдяки оптимізації властивостей абсорбера та буферного шару за допомогою SCAPS-1D

  • Годвін Ібе Фізичний факультет Нігерійської оборонної академії, Кадуна, Нігерія
  • Селін Лавані Фізичний факультет Нігерійської оборонної академії, Кадуна, Нігерія.
  • Джаєола Еммануель Відділ фундаментальних наук і загальних досліджень, Федеральний коледж механізації лісового господарства, Кадуна, Нігерія
  • Пітер Ойедаре Департамент наукових лабораторних технологій, Федеральна політехніка Еде, штат Осун, Нігерія
  • Елі Данладі Фізичний факультет, Федеральний університет наук про здоров’я, Отукпо, штат Бенуе, Нігерія https://orcid.org/0000-0001-5109-4690
  • Олуміде Іге Фізичний факультет Нігерійської оборонної академії, Кадуна, Нігерія
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2022-3-09
Ключові слова: SCAPS, буферний шар, сонячні елементи, фотоелектричні

Анотація

Це дослідження є продовженням нашої раніше опублікованої статті на тему «Чисельне моделювання сонячних елементів із диселеніду міді, індій-галію з використанням одновимірного програмного забезпечення SCAPS». Було оптимізовано ще п’ять параметрів, а саме: ширину забороненої зони поглинача, спорідненість до електронів поглинача, ширину забороненої зони буферного шару, спорідненість до електронів буферного шару та робочу температуру за допомогою того самого інструменту моделювання, який використовувався спочатку. Коли ширина забороненої зони поглинача змінювалася між 0,8 еВ і 1,6 еВ, ефективність сонячної батареї зростала, поки не досягла свого піку в 27,81 %. Це сталося при ширині забороненої зони поглинача 1,4 еВ. Інші фотоелектричні параметри при цьому оптимальному значенні: Voc 1,00 В, Jsc 31,99 мА/см2 і FF 87,47 %. Змінюючи спорідненість до електронів поглинача від 4,20 еВ до 4,55 еВ, ми отримали оптимальне значення 4,45 еВ при Voc 0,82 В, Jsc 37,96 мА/см2, FF 84,99 % і ефективність 26,36 %. Оптимізація ширини забороненої зони буфера призвела до оптимального значення 3,0 еВ, коли ширина забороненої зони буфера змінювалася між 1,6 еВ і 3,2 еВ. Фотоелектричні параметри при цьому оптимальному значенні: Voc 0,80 В, Jsc 37,96 мА/см2, FF 85,22 % і ККД 25,86 %. Вплив буферної електронної спорідненості досліджували, варіюючи його значення між 4,00 еВ і 4,40 еВ, і було встановлено, що його найкраще значення становить 4,05 еВ при фотоелектричних параметрах з Voc 0,82 В, Jsc 37,96 мА/см2, FF 84,98 % і ККД 26,36 %. Ці оптимізовані значення всіх параметрів були використані для моделювання сонячної батареї, що призвело до пристрою з характеристиками: Voc 1,11 В, Jsc 31,50 мА/см2, FF 88,91 % і ККД 31,11 %. Змінюючи робочу температуру оптимізованої сонячної батареї, оптимізований пристрій має найкращу продуктивність при 270 К із фотоелектричними (PV) значеннями Voc 1,15 В, Jsc 31,55 мА/см2, FF 88,64 % і ефективністю 32,18 %. Отримані результати були обнадійливими і можуть служити керівництвом для тих, хто бере участь у практичних розробках сонячних елементів.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

O.I. Okoro, and T.C. Madueme, Nigerian Journal of Technology, 23, 58 (2004). https://www.ajol.info/index.php/njt/article/view/123333/112876

B. Padmanabham, Master’s Degree Thesis, Arizona state University (2008).

C.O. Lawani, G.J. Ibeh, O.O. Ige, E. Danladi, J.O. Emmanuel, A.J. Ukwenya, and P.O. Oyedare, Journal of the Nigerian Society of physical Sciences, 3, 48 (2021). https://doi.org/10.46481/jnsps.2021.333

S. Wei, S. Zhang, and A. Zunger, “Effects of Ga addition to CuInSe2on its electronic, structural and defect properties”, Applied Physics letters, 72, 3199, (1998). http://dx.doi.org/10.1063/1.121548

G. Hanna, A. Jasenek, U. Rau, and H.W. Schock, Thin Solid Film, 387, 71 (2001). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(00)01710-7

C. Daniella, F. Popescu, P. Joan, and V. Andrei, Procedia-Social and Behavioural Sciences, 191, 512 (2015). https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2015.04.284

C. Liu, and W. Liu, Optik, 127, 7359-7366, (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.05.045

R. Scheer, and H. Schock, Solar Energy & Photovoltaics, (John Wiley & Sons, Inc., 2011), pp. 384.

Z. Mohammadi, Journal of Fundamental and Applied Sciences, 8, 935 (2016). https://doi.org/10.4314/jfas.v8i3s.114

L. Puyvelde, Doctoral dissertation, Ghent university, Belgium (2015).

A. Sylla, S. Toure, and J. Vilcot, International Journal of Science and Research, 6, 855-860, (2015).

M.I. Hossain, P. Chelvanathan, M. Zaman, M. Karim, M. Alghoul, and N. Amin, Chalcogenide Letters, 8, 315-324, (2011). http://chalcogen.ro/315_Hossain.pdf

M. Green, Eagle Cliffs, (Prentice Hall, 1982).

S. Ruhle, Solar Energy, 130, 139 (2016). https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.02.015

P. Jackson, R. Wuerz, D. Hariskos, E. Lotter, W. Witte, and M. Powalla, Physica Status Solidi, 10, 583 (2016). https://doi.org/10.1002/pssr.201600199

P. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wischmann, and M. Powalla, Physica Status Solidi, 8, 219-222, (2014). https://doi.org/10.1002/pssr.201409040

ZWS, ZSW-CIGS22Percent-en.pdf (2016). https://www.zsw-bw.de/fileadmin/user_upload/PDFs/Pressemitteilungen/2016/pi07-2016-ZSW-CIGS22Percent-en.pdf

K. Sobayel, K.S. Rahman, M.R. Karim, M.O. Aijaz, M.A. Dar, M.A. Shar, H. Misran, and N. Amin, Chalcogenide Letters, 15, 333-340, (2018). https://chalcogen.ro/307_SobayelK.pdf

M. Green, Progress in Photovoltaic Research and Application 11, 333-340, (2003). https://doi.org/10.1002/pip.496

P. Chelvanatan, M.I. Hossain, and N. Amin, Current applied physics, 10, S387-S391, (2010). https://doi.org/10.1016/j.cap.2010.02.018

Опубліковано
2022-09-02
Цитовано
Як цитувати
Ібе, Г., Лавані, С., Еммануель, Д., Ойедаре, П., Данладі, Е., & Іге, О. (2022). Покращена продуктивність сонячної батареї CuIn1-XGXSe2 завдяки оптимізації властивостей абсорбера та буферного шару за допомогою SCAPS-1D. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 67-76. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2022-3-09
Номер
№ 3 (2022): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2022 Годвін Дж. Ібе, Селін О. Лавані, Джаєола О. Еммануель, Пітер О. Ойедаре, Елі Данладі, Олуміде О. Іге

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).