SCAPS числовий аналіз об’ємного гетеропереходу сонячного елементу оксид графену/TIO2, сенсибілизованого барвником рутенію n719
Анотація
Твердотільні сенсибілізовані до барвника сонячні елементи (SSDSC) були виготовлені з використанням двох різних металооксидних матеріалів, оксиду графену та оксиду титану, які використовуються як матеріали для транспортування дірок та електронів відповідно. Барвник Рутеній-N719 між матеріалами для транспортування дірок і електронів, діє як шар поглинача у сонячних елементах Go/N719dye/TiO2. За допомогою моделювання SCAPS-1D було виявлено, що сонячні батареї Go/N719dye/TiO2 значно покращили продуктивність сонячних елементів порівняно з сонячними елементами Go/TiO2. Зокрема, струм короткого замикання (Jsc) збільшився з 0,17 мА/см2 до 1 мА/см2, напруга холостого ходу (Voc) зросла з 0,2 В до 1 В, а ефективність перетворення потужності (η) зросла з 0,02 % до 2,5 %. Крім того, різноманітні фактори можуть впливати на продуктивність сонячних батарей Go/N719 dye/TiO2. Було виявлено, що оптимальна товщина барвника для досягнення високої щільності струму короткого замикання, високої ефективності перетворення потужності та високої напруги холостого ходу становить від 200 нм до 300 нм. Крім того, робоча температура сонячних батарей також впливає на їх продуктивність. Підвищення робочої температури негативно впливає на напругу холостого ходу та ефективність перетворення потужності елементів, у той час як щільність струму короткого замикання трохи підвищується. Нарешті, ефективність сонячної батареї може залежати від типу металу, який використовується для електрода, і типу напівпровідникового матеріалу, який використовується в комірці. У сонячних елементах з Ni та Cu електродами омічні контакти забезпечують ефективну передачу електронів, тоді як бар’єри Шотткі можуть перешкоджати потоку електронів і знижувати ефективність сонячних елементів із електродами Mo та Ag.
Завантаження
Посилання
A. Blakers, N. Zin, K.R. McIntosh, and K. Fong, “High Efficiency Silicon Solar Cells,” Energy Procedia, 33, 1-10 (2013). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.05.033
J. Niederhausen, K.A. Mazzio, and R.W. MacQueen, “Inorganic–organic interfaces in hybrid solar cells,” Electron. Struct. 3, 033002 (2021). https://doi.org/10.1088/2516-1075/ac23a3
B. O’Regan, and M. Grätzel, “A Low-Cost, High-Efficiency Solar Cell Based on Dye-Sensitized Colloidal TiO2Films,” Nature, 353, 737-740 (1991). https://doi.org/10.1038/353737a0
N. Saleh, S. Al-Trawneh, H. Al-Dmour, S. Al-Taweel, and J.P. Graham, “Effect of Molecular-Level Insulation on the Performance of a Dye-Sensitized Solar Cell: Fluorescence Studies in Solid State,” J. Fluoresc. 25, 59-68 (2015). https://doi.org/10.1007/s10895-014-1479-8
R. Harikisun, and H. Desilvestro, “Long-term stability of dye solar cells,” Sol. Energy, 85, 1179-1188 (2011). https://doi.org/10.1016/j.solener.2010.10.016
N. Touafek, R. Mahamdi, and C. Dridi, “The performance of planar inverted perovskite solar cells employing graphene oxide as HTL,” Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 16, 705-712 (2021). https://chalcogen.ro/705_TouafekN.pdf
Y. Wu, and G. Duan, “Inverted Planar Perovskite Solar Cells with High Electrical Conductivity and Efficiency by KBr-Doped PEDOT:PSS,” ECS J. Solid State Sci. Technol. 11, 025005 (2022). https://doi.org/10.1149/2162-8777/ac4d81
Y. Park, K.S. Choi, and S.Y. Kim, “Graphene oxide/PEDOT:PSS and reduced graphene oxide/PEDOT:PSS hole extraction layers in organic photovoltaic cells,” Phys. Status Solidi A, 209, 1363-1368 (2012). https://doi.org/10.1002/pssa.201228040
N. Tomar, A. Agrawal, V.S. Dhaka, and P.K. Surolia, “Ruthenium complexes-based dye sensitized solar cells: Fundamentals and research trends,” Solar Energy, 207, 59-76 (2020). https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.06.060
H. Al-Dmour, R.H. Alzard, H. Alblooshi, K. Alhosani, S. Al Madhoob, and N. Saleh, “Enhanced Energy Conversion of Z907-Based Solar Cells by Cucurbit[7]uril Macrocycles,” Frontiers in Chemistry, 7, 562 (2019). https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00561
M. Burgelman, P. Nollet, and S. Degrave, “Modelling polycrystalline semiconductor solar cells,” Thin Solid Films, 361-362, 527-532 (2000). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00825-1
H. Zerfaoui, D. Dib, M. Rahmani, K. Benyelloul, and C. Mebarkia, “Study by simulation of the SnO2 and ZnO anti-reflection layers in n-SiC/p-SiC solar cells,” AIP Conference Proceedings, 1758, 030029 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4959425
N. Touafek, R. Mahamdi, and C. Dridi, “Boosting the performance of planar inverted perovskite solar cells employing graphene oxide as HTL,” Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 16, 705-712 (2021). https://chalcogen.ro/705_TouafekN.pdf
N.S. Noorasid, F. Arith, A.Y. Firhat, A.N. Mustafa, and A.S.M. Shah, “SCAPS Numerical Analysis of Solid-State Dye Sensitized Solar Cell Utilizing Copper (I) Iodide as Hole Transport Layer,” Engineering Journal 26 1-12 2022. https://doi.org/10.4186/ej.2022.26.2.1
J.W. Lee, “Isothermal Electricity for Energy Renewal. PCT,” International Patent Application Publication Number WO 2019/136037 A1, (11 July 2019).
J. Nelson, Physics of Solar Cells, (The Properties of Semiconductor Materials), 1st edition, (Imperial College Press, 2003).
S. Daulay, A.F. Madsuha, E.S. Rosa, and A.H. Yuwono, “Fbrication of Titanium Dioxide-reduced Graphene Oxide (TiO2/rGO) nanocomposites as the Photoanode in Dye Sensitized Solar Cells,” Journal of Physics: Conference Series, 1402, 055101 (2019). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1402/5/055101
J. Xi, L. Zheng, S. Wang, J. Yang, and W. Zhang, “Temperature-dependent structural fluctuation and its effect on the electronic structure and charge transport in hybrid perovskite CH3NH3PbI3,” Journal of Computational Chemistry, 42, 2213-2220 (2021). https://doi.org/10.1002/jcc.26750
A. Husainat, W. Ali, P. Cofie, J. Attia, J. Fuller, and A. Darwish, “Simulation and Analysis Method of Different Back Metals Contact of CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cell Along with Electron Transport Layer TiO2 Using MBMT-MAPLE/PLD,” American Journal of Optics and Photonics, 8(1), 6-26 (2020). http://dx.doi.org/10.11648/j.ajop.20200801.12
P. Sawicka-Chudy, Z. Starowicz, G. Wisz, R. Yavorskyi, Z. Zapukhlyak, M. Bester, Ł. Głowa, et al., “Simulation of TiO2/CuO solar cells with SCAPS-1D software,” Mater. Res. Express, 6, 085918 (2019). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab22aa
Авторське право (c) 2023 Хмуд Аль Дмур
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).
