Чисельне моделювання підвищення електричної ефективності сонячного елементу на основі CIGS на SCAPS 1D

  • К. Мадуї aЛабораторія прикладної оптики Інституту оптики і точної механіки університет Ферхат АББАС Сетіф-1 , Алжир
  • А. Гечі Лабораторія оптоелектроніки та компонентів, інститут оптики і точної механіки, університет Ферхат Аббас Сетіф, Алжир
  • С. Мадуї cЛабораторія прикладної біохімії, ніверситет Ферхат Аббас Сетіф-1, Алжир
  • Р. Єхлеф dНауково-дослідний центр промислових технологій CRTI, Черага, м. Алжир, Алжир
  • Д. Бельфенаше Науково-дослідний центр промислових технологій CRTI, Черага, м. Алжир, Алжир https://orcid.org/0000-0002-4908-6058
  • С. Зайу Лабораторія досліджень поверхонь і розділів твердих матеріалів (LESIMS), Університет Сетіф 1, Сетіф, Алжир; Факультет природничих наук і життя, Університет Сетіф-1, Сетіф, Алжир
  • Мохамед А. Алі gШкола біотехнлогії, Університет Бадр в Каїрі (BUC), Бадр сіті, Каїр, Єгипет https://orcid.org/0000-0002-7390-8592
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-48
Ключові слова: теорія функціоналу густини (DFT), енергія зв'язку, гомо-люмо енергія, енергія фрагментації, магнітний момент

Анотація

Сонячні елементи в даний час знаходяться в центрі великої кількості досліджень. Мета – знизити їх собівартість. Щоб досягти цього, нам потрібно зменшити масу матеріалів і підвищити ефективність перетворення цих сонячних елементів. Це спонукало до дослідження використання тонких плівок, таких як a-Si, CdTe, CIGS. Це підвищення ефективності вимагає оптимізації параметрів фотоелектричної системи. У цьому моделюванні та імітаційній роботі ми використовуємо програмне забезпечення SCAPS-1D для вивчення впливу швидкості рекомбінації електронів і дірок у шарі CIGS, впливу товщини шарів і впливу енергії розриву кожного шару. матеріалу, використаного для цієї сонячної батареї, на струм короткого замикання Jsc, напругу холостого ходу Voc, форм-фактор FF та електричний ККД η елементу CIGS для Mo/p-CIGS/p-Si/In2S3/ одноперехідної структури i-ZnO/Al-ZnO. У цьому дослідженні ми виявлено, що швидкість рекомбінації впливає на ефективність фотоелектричного елемента. Енергія проміжку шарів поглинача впливає на ефективність елемента, тоді як інші шари (In2S3, ZnO, Al-ZnO) не мають великого впливу на продуктивність сонячного елемента, а збільшення товщини шару поглинача має великий вплив на ефективність, збільшивши його до певної межі. Товщина шарів CIGS, p-Si, In2S3, i‑ZnO та Al ZnO має бути порядку 0,3 мкм, 0,8 мкм, 0,05 мкм, 0,07 мкм та 0,1 мкм відповідно для досягнення кращої ефективності (31,42%).

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

P. Bórawski, L. Holden, and A. Bełdycka-Bórawska, Energy, 270, 126804 (2023). https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126804

H. Sadamura, N. Suzuki, C. Sotome, et al. Electrochemistry, 78(7), 594 (2010). https://doi.org/10.5796/electrochemistry.78.594

A. Jäger-Waldau, Energies, 13(4), 930 (2020). https://doi.org/10.3390/en13040930

A. Jäger-Waldau, PV Status Report, (Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2019). https://doi.org/10.2760/326629, JRC118058

M.A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, and E.D. Dunlopet, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 23, 1 (2015). https://doi.org/10.1002/pip.2573

D. Belfennache, D. Madi, R. Yekhlef, L. Toukal, N. Maouche, M.S. Akhtar, and S. Zahra, Semicond. Phys. Quantum. Electron. Optoelectron. 24(4), 378 (2021). https://doi.org/10.15407/spqeo24.04.378

D. Belfennache, N. Brihi, and D. Madi, in: Proceeding of the IEEE xplore, 8th (ICMIC) (2016), 7804164, (2017), pp. 497–502. https://doi.org/10.1109/ICMIC.2016.7804164

R. Ouldamer, D. Madi, and D. Belfennache, in: Advanced Computational Techniques for Renewable Energy Systems. IC-AIRES 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 591, edited by M. Hatti, (Springer, Cham.2023). pp. 700 705, https://doi.org/10.1007/978-3-031-21216-1_71

M. Zotti S. Mazzoleni, L.V. Mercaldo, M.D. Noce, M. Ferrara, P.D. Veneri, M. Diano, et al., Heliyon, 10(4), e26323 (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e26323

D. Belfennache, D. Madi, N. Brihi, M.S. Aida, and M.A. Saeed, Appl. Phys. A, 124, 697 (2018). https://doi.org/10.1007/s00339-018-2118-z

S.M. Govindharajulu, A.K. Jain, and M. Piraviperumal, J. Alloys Compd. 980, 173588 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.173588

J. Raval, B. Shah, D. Kumar, S.H. Chaki, and M.P. Deshpande, Chem. Eng. Sci. 287, 119728 (2024). ,https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.119728

I. Repins, M. Contreras, B. Egaas, C. DeHart, J. Scharf, C. Perkins, B. To, and R. Noufi. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 16(3), 235 (2008). https://doi.org/10.1002/pip.822

J. Lindahl, U. Zimmermann, P. Szaniawski, T. Törndahl, A. Hultqvist, P. Salomé, C. Platzer-Björkman, et al., IEEE J. Photovolt. 3(3), 1100 (2013). https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2013.2256232

M. Powalla, P. Jackson, W. Witte, D. Hariskos, S. Paetel, C. Tschamber, and W. Wischmann, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 119, 51 (2013). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2013.05.002

A. Chirila, S. Buecheler, F. Pianezzi, P. Bloesch, C. Gretener, A.R. Uhl, C. Fella, et al., Nature Mater, 10, 857 (2011). https://doi.org/10.1038/nmat3122

E. Wallin, U. Malm, T. Jarmar, O. Lundberg, M. Edoff, L. Stolt, et al., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 20, 851 (2012). https://doi.org/10.1002/pip.2246

A. Romeo, M. Terheggen, D. Abou-Ras, D.L. Bätzner, F.-J. Haug, M. Kälin, D. Rudmann, et al., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 12, 93 (2004). https://doi.org/10.1002/pip.527

M. Kemell, M. Ritala, and M. Leskelä, Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 30, 1 (2005). https://doi.org/10.1080/10408430590918341

C.H. Fischer, M. Bär, T. Glatzel, I. Lauermann, and M.C. Lux-Steiner, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 90(10), 1471 (2006). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2005.10.012

K.S. Ramaiah, and V.S. Raja, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 32, 1 (1994). https://doi.org/10.1016/0927-0248(94)90250-X

M. Burgelman, P. Nollet, and S. Degrave, Thin Solid Films, 361-362, 527 (2000). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00825-1

K. Decock, S. Khelifi, and M. Burgelman, Thin Solid Films, 519(21), 7481 (2011). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.12.039

M. Burgelman, and J. Marlein, Analysis of graded band gap solar cells with SCAPS, In: Proceedings of the 23rd European photovoltaic solar energy conference, (2008). pp. 2151-2156.

J. Verschraegen, and M. Burgelman, Thin Solid Films, 515(15), 6276 (2007). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.12.049

S. Degrave, M. Burgelman, and P. Nollet, in: Proceedings of the 3rd world conference on photovoltaic energy conversion, (2003), pp. 487-490. http://hdl.handle.net/1854/LU-404099

A. Niemegeers, and M. Burgelman, in: Proceedings of the 25th IEEE photovoltaic specialists conference, 901e4 (1996). https://doi.org/10.1109/PVSC.1996.564274

R.N. Mohottige, and S.P.K. Vithanage, J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 407. 113079 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.113079

M. Mostefaoui, H. Mazan, S. Khelifi, A. Bouraiou, and R. Dabou, Energy Procedia, 74, 736 (2015). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.809

K. Orgassa, H.W. Schock, and J.H. Werner, Thin Solid Films, 431–432, 387 (2003). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)00257-8

M. Hashemi, Z, Saki, M. Dehghani, F. Tajabadi, S.M.B. Ghorashi, and N. Taghavinia, Sci. Rep. 12, 14715 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18579-w

R.J. Matson, O. Jamjoum, A.D. Buonaquisti, P.E. Russell, L.L. Kazmerski, P. Sheldon, and R.K. Ahrenkiel, Solar cells, 11(3), 301 (1984). https://doi.org/10.1016/0379-6787(84)90019-X

N. Kohara, S. Nishiwaki, Y. Hashimoto, T. Negami, T. Wada, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 67(1-4), 209 (2001). https://doi.org/10.1016/S0927-0248(00)00283-X

M. Powalla, and B. Dimmler, Thin Solid Films, 361–362, 540 (2000). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00849-4

C.K.G. Kwok, H. Tangara, N. Masuko, et al., Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 269, 112767 (2024). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2024.112767

S. Mahdid, D. Belfennache, and D. Madi, et al., J. Ovonic. Res. 19(5), 535 (2023). https://doi.org/10.15251/JOR.2023.195.535

R. Ouldamer, D. Belfennache, D. Madi, et al., J. Ovonic. Res. 20(1), 45 (2024). https://doi.org/10.15251/JOR.2024.201.45

Опубліковано
2024-09-02
Цитовано
Як цитувати
Мадуї, К., Гечі, А., Мадуї, С., Єхлеф, Р., Бельфенаше, Д., Зайу, С., & Алі, М. А. (2024). Чисельне моделювання підвищення електричної ефективності сонячного елементу на основі CIGS на SCAPS 1D. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 390-403. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-48
Номер
№ 3 (2024): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2024 К. Мадуї, А. Гечі, С. Мадуі, Р. Єхлеф, Д. Бельфенаше, С. Зайу, Мохамед А. Алі

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).