Буферні шари i-ZnO І CdS для підвищення ефективності сонячних елементів, сенсибілізованих квантовими точками сульфіду міді та олова
Анотація
Вплив дефектів шару, а також дефектів інтерфейсу в сонячних елементах, чутливих до квантових точок із сульфіду міді та олова, досліджували за допомогою програмного забезпечення SCAPS-1D. Було виявлено, що дефекти шару сенсибілізатора та шару транспортування дірок не впливають на ефективність клітини, за винятком дуже високих щільностей 1019 см-2. Було також виявлено, що дефект інтерфейсу в CTS/ETL не впливає на ефективність клітинки. Дефекти на інтерфейсі HTL/CTS значно знизили ефективність комірки, тому на цьому інтерфейсі було введено буферний шар. Було виявлено, що і матеріали буферного шару i-ZnO, і CdS мають рівні енергії, узгоджені з HTL, що посилює транспортування заряду. Ефективність елемента зросла з 17,86% до 18,37% з буферним шаром i-ZnO, тоді як ефективність елемента зросла до 18,61% при використанні CdS як буферного шару. Поглинання сонячного спектру в синьо-зеленій області посилювалося при використанні в комірці буферних шарів.
Завантаження
Посилання
G. Konstantatos, editor, Colloidal quantum dot optoelectronics and photovoltaics, (Cambridge University Press; 2013).
G.H. Carey, A.L. Abdelhady, Z. Ning, S.M. Thon, O.M. Bakr, and E.H. Sargent, “Colloidal quantum dot solar cells,” Chemical reviews, 115(23), 12732-12763 (2015). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00063
I.J, Kramer, and E.H. Sargent, “Colloidal quantum dot photovoltaics: a path forward,” ACS nano, 5(11), 8506-8514 (2011). https://doi.org/10.1021/nn203438u
N.M. Gabor, Z. Zhong, K. Bosnick, J. Park, and P.L. McEuen, “Extremely efficient multiple electron-hole pair generation in carbon nanotube photodiodes,” Science, 325(5946), 1367-1371 (2009). https://doi.org/10.1126/science.1176112
V.I. Klimov, editor, Nanocrystal quantum dots, (CRC press, 2017).
P.G. Prabhash, and S.S. Nair, “Synthesis of copper quantum dots by chemical reduction method and tailoring of its band gap,” AIP Advances, 6, 055003 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4948747
Sahu, A. Garg, and A. Dixit, “A review on quantum dot sensitized solar cells: Past, present and future towards carrier multiplication with a possibility for higher efficiency,” Solar Energy, 203, 210-239 (2020). https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.04.044
P. Bhambhani, “Quantum dot-sensitized solar cells: a review,” Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, 7(1), 42-54 (2018). https://doi.org/10.11591/eei.v7i1.841
T.J. Ikyumbur, F. Gbaorun, A.A. McAsule, T.M. Aper, N.S. Akiiga, A.A. Gundu, and M.S. Shiada, “SCAPS-1D simulation of a high-efficiency quantum dot solar cell using Sb2Se3 as an absorber layer,” Next Research, 1(2), 100084 (2024). https://doi.org/10.1016/j.nexres.2024.100084
M. Mathew, and K.C. Preetha, “An exploration into the quantum confinement of CTS/natural dye core-shell quantum dots,” Physica B: Condensed Matter, 579, 411913 (2020). https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411913
M. Mathew, and K.C. Preetha, “Effect of Pelargonidin on carrier recombination lifetime of CTS quantum dots,” Optik, 205, 164275 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.164275
M. Mathew, and K.C. Preetha, “Mesoporous copper tin sulphide quantum dots as photoanode materials for efficient dye-sensitized solar cell,” Optik, 224, 165411 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.165411
A.C. Lokhande, P.T. Babar, V.C. Karade, M.G. Gang, V.C. Lokhande, C.D. Lokhande, and J.H. Kim, “The versatility of copper tin sulfide,” Journal of Materials Chemistry A, 7(29), 17118-17182 (2019). https://doi.org/10.1039/C9TA00867E
S. Dias, K. Kumawat, S. Biswas, and S.B. Krupanidhi, “Solvothermal synthesis of Cu2SnS3 quantum dots and their application in near-infrared photodetectors,” Inorganic chemistry, 56(4), 2198-2203 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.6b02832
S.M. Yadav, and A. Pandey, “Low Cost Solvothermal Processed CTS QDs (0D)-Based Visible-NIR Photoconductor,” IEEE Sensors Journal, 21(18), 19978-19983 (2021). https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3099059
Y. Chen, L. Ma, Y. Yin, X. Qian, G. Zhou, X. Gu, W. Liu, et al., “Strong quantum confinement effect in Cu4SnS4 quantum dots synthesized via an improved hydrothermal approach,” Journal of Alloys and Compounds, 5(672), 204-211 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.02.135
V. Maheskumar, and B. Vidhya, “Investigation on the morphology and photocatalytic activity of Cu3SnS4 synthesized by ball milling and solvothermal method,” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 356, 521-529 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.12.026
V. Maheskumar, I. Sheebha, B. Vidhya, J.P. Deebasree, T. Selvaraju, and S. Akash, “Enhanced electrocatalytic and photocatalytic activity of ball milled copper tin sulphide by incorporating GO and rGO,” Applied Surface Science, 484, 265-275 (2019). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.241
S. Rühle, M. Shalom, and A. Zaban, “Quantum‐dot‐sensitized solar cells,” ChemPhysChem. 11(11), 2290-2304 (2010). https://doi.org/10.1002/cphc.201000069
S. Emin, S.P. Singh, L. Han, N. Satoh, and A. Islam, “Colloidal quantum dot solar cells,” Solar Energy, 85(6), 1264-1282 (2011). https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.02.005
X. Ma, X. Yang, M. Wang, R. Qin, D. Xu, C. Lan, K. Zhao, et al., “Comprehensive Passivation on Different Charged Ions and Defects for High Efficiency and Stable Perovskite Solar Cells,” Advanced Energy Materials, 15(3), 2402814 (2025). https://doi.org/10.1002/aenm.202402814
Z. Yang, Y. Liu, and W. Chen, “A brief review of perovskite quantum dot solar cells: Synthesis, property and defect passivation,” ChemSusChem. 18(3), e202401587 (2025). https://doi.org/10.1002/cssc.202401587
T.K. Nideep, M. Ramya, and M. Kailasnath, “The influence of ZnS buffer layer on the size dependent efficiency of CdTe quantum dot sensitized solar cell,” Superlattices and Microstructures, 130, 175-181 (2019). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.04.034
Manjceevan, and J. Bandara, “Systematic stacking of PbS/CdS/CdSe multi-layered quantum dots for the enhancement of solar cell efficiency by harvesting wide solar spectrum,” Electrochimica Acta, 271, 567-575 (2018). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.03.193
M.A. Basit, M.A. Ali, Z. Masroor, Z. Tariq, and J.H. Bang, “Quantum dot-sensitized solar cells: a review on interfacial engineering strategies for boosting efficiency,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 120, 1-26 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jiec.2022.12.016
E. Laghchim, A. Raidou, A. Fahmi, and M. Fahoume, “The effect of ZnS buffer layer on Cu2SnS3 (CTS) thin film solar cells performance: numerical approach,” Micro and Nanostructures, 165, 207198 (2022). https://doi.org/10.1016/j.micrna.2022.207198
Z.R. Abdulghani, A.S. Najm, A.M. Holi, A.A. Al-Zahrani, K.S. Al-Zahrani, and H. Moria, “Numerical simulation of quantum dots as a buffer layer in CIGS solar cells: A comparative study. Scientific Reports, 12(1), 8099 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12234-0
T.K. Nideep, M. Ramya, and M. Kailasnath, “The influence of ZnS buffer layer on the size dependent efficiency of CdTe quantum dot sensitized solar cell,” Superlattices and Microstructures, 130, 175-181 (2019). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.04.034
Siddique, M.N. Islam, H. Karmaker, A.A. Iqbal, A.A. Khan, M.A. Islam, and B.K. Das, “Numerical modelling and performance investigation of inorganic Copper-Tin-Sulfide (CTS) based perovskite solar cell with SCAPS-1D,” Results in Optics, 16, 100713 (2024). https://doi.org/10.1016/j.rio.2024.100713
E. Danladi, P.M. Gyuk, N.N. Tasie, A.C. Egbugha, D. Behera, I. Hossain, I.M. Bagudo, et al., “Impact of hole transport material on perovskite solar cells with different metal electrode: a SCAPS-1D simulation insight,” Heliyon, 9(6), e16838 (2023). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16838
S. Kumar, P. Bharti, and B. Pradhan, “Performance optimization of efficient PbS quantum dots solar cells through numerical simulation,” Scientific Reports, 13(1), 10511 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36769-y
M. Burgelman, K. Decock, A. Niemegeers, J. Verschraegen, and S. Degrave, SCAPS manual, (University of Ghent, Ghent, Belgium, 2016).
Авторське право (c) 2025 Майя Метью
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).
