Числове дослідження безсвинцевих перовскитніх сонячних елементів на основі структури FASnI₃/ZrS₂ за допомогою симулятора SCAPS-1D

  • Хмуд Аль-Дмур Університет Мута, факультет природничих наук, кафедра фізики, Йорданія https://orcid.org/0000-0001-5680-5703
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-26
Ключові слова: FASnI₃, ZrS₂, SCAPS-1D, безсвинцеві перовскітні сонячні елементи, шар електрон-транспорту, фотоелектричне моделювання, сонячна енергія

Анотація

У цьому дослідженні представлено чисельне дослідження та оптимізацію сонячних елементів на основі безсвинцевого перовскіту за допомогою моделювання SCAPS-1D. Запропонований пристрій складається з йодиду формамідинію-олова (FASnI3, поглинаючий шар), дисульфіду цирконію (ZrS2, матеріал для переносу електронів), золота (Au, задній контакт) та легованого фтором оксиду олова (SnO2:F, передній контакт). Було досліджено вплив зміни товщини, щільності дефектів, концентрації легування, робочої температури та роботи виходу заднього контакту на характеристики фотоелектричної системи з метою визначення оптимальної архітектури пристрою з найвищою ефективністю перетворення енергії (PCE). Результати показують, що початкова продуктивність сонячних елементів FASnI₃/ZrS₂ була наступною: напруга холостого ходу (VOC) = 0,99 В, струм короткого замикання (JSC) = 20,7 мА/см2, коефіцієнт заповнення (FF) = 60,13% та коефіцієнт перетворення потужності (PCE) = 12,4%. Після оптимізації продуктивність FASnI₃/ZrS₂ значно покращилася, досягнувши PCE 23,3%, FF 82,4% та JSC 30,2 мА/см². Це помітне покращення цих параметрів пояснюється збільшенням товщини та щільності легування шарів FASnI₃ та ZrS₂, що призводить до покращеного поглинання світла та генерації заряду. Крім того, було виявлено, що робота виходу зворотного контакту 5,3 еВ створює краще узгодження енергетичних рівнів із шаром FASnI₃, що сприяє вилученню заряду. Ці результати пропонують цінну інформацію про розробку ефективних, стабільних та безсвинцевих перовскітних сонячних елементів.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографія автора

Хмуд Аль-Дмур, Університет Мута, факультет природничих наук, кафедра фізики, Йорданія

Professor in Physics

Посилання

J. Zhang, Geosci. Front. 15(5), 101873 (2024). https://doi.org/10.1016/j.gsf.2024.101873

M.S. Reza, A. Ghosh, N. Drissi, H. Al-Dmour, R.K. Prodhan, M.M. Islam, S. Begum, et al., RSC Adv. 14, 36675 (2024). https://doi.org/10.1039/D4R07912D

A.S. Abdulkarim, M. Srivastava, T. Ngulezhu, D. Singh, K. Strzałkowski, R.C. Singh, M.Z.A. Yahya, et al., Curr. Appl. Phys. 71, 190 (2025). https://doi.org/10.1016/j.cap.2024.12.025

A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, and T. Miyasaka, J. Am. Chem. Soc. 131(17), 6050 (2009). https://doi.org/10.1021/ja809598r

M. Tarekuzzaman, N. Shahadat, M. Montasir, O. Alsalmi, M.H. Mia, H. Al-Dmour, M. Rasheduzzaman, and M.Z. Hasan, RSC Adv. 15, 13643 (2025). https://doi.org/10.1039/D5RA01748C

K. Sekar, L. Marasamy, S. Mayarambakam, H. Hawashin, M. Nour, and J. Bouclé, RSC Adv. 13, 25483 (2023). https://doi.org/10.1039/D3RA04617D

A. Yadegarifard, H. Lee, H.-J. Seok, I. Kim, B.-K. Ju, H.-K. Kim, and D.-K. Lee, Nano Energy, 112, 108481 (2023). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108481

A. Rehman, S. Afzal, I. Naeem, D. Bibi, S.G. Sarwar, F. Nabeel, and R.M. Obodo, Hybrid Adv. 7(2), 100301 (2024). https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2024.100301

S.A.A. Jafri, R.S. Almufarij, A. Ashfaq, R.S. Alqurashi, L.G. Alharbe, A.R. Abd-Elwahed, O.A. Albeydani, et al., Sol. Energy, 270, 112391 (2024). https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.112391

H. Al-Dmour, East Eur. J. Phys. (2), 445 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-58

M. Abdelfatah, A. El-Sayed, W. Isamil, V. Sittinger, and A. El-Shaer, Sci. Rep. 13, 4553 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598- 023-31553-4

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

B. Zaidi, N. Mekhaznia, M.S. Ullah, and H. Al-Dmour, J. Phys.: Conf. Ser. 2843, 012012 (2024). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2843/1/012012

A. Das, S.D. Peu, M.A.M. Akanda, M.M. Salah, M.S. Hossain, and B.K. Das, Energies, 16, 2328 (2023). https://doi.org/10.3390/en16052328

A. Rehman, S. Afzal, I. Naeem, D. Bibi, S.G. Sarwar, F. Nabeel, and R.M. Obodo, Hybrid Adv. 7, 100301 (2024). https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2024.100

O.J. Sandberg, A. Sundqvist, M. Nyman, and R. Österbacka, Phys. Rev. Appl. 5, 044005 (2016). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.5.044005

H. Al-Dmour, and D.M. Taylor, J. Ovonic Res. 19(5), 587 (2023). https://doi.org/10.15251/JOR.2023.195.587

L. Zhao, J. Schmidt, and A. Cuevas, Appl. Phys. Lett. 101, 123904 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4754609

H. Karmaker, A. Siddique, B.K. Das, and M.N. Islam, Results Eng. 22, 102106 (2024). https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102106

G.G. Njema, B.C. Mosonik, C.C. Ahia, and J.K. Kibet, Chem. Eur. J. 30(71), e202403192 (2024). https://doi.org/10.1002/chem.202403192

H. Al-Dmour, AIMS Mater. Sci. 8(2), 261 (2021). https://doi.org/10.3934/matersci.2021017

S. Wu, C. Li, S.Y. Lien, and P. Gao, Chemistry, 6, 207 (2024). https://doi.org/10.3390/chemistry6010010

D.W. Husainat, P. Ali, J. Cofie, J. Attia, A. Fuller, and A. Darwish, AJOP, 8(1), 6 (2020). https://doi.org/10.11648/j.ajop.20200801.12

T. Rahman, A.A. Mansur, M.S.H. Lipu, et al., Energies, 16(9), 3706 (2023). https://doi.org/10.3390/en16093706

G.G. Njema, J.K. Kibet, S.M. Ngari, Measurement: Energy, 2, 100005 (2024). https://doi.org/10.1016/j.meaene.2024.100005

M.A. Madanat, A.A. Al-Tabbakh, M. Alsa'eed, H. Al-Dmour, and M.S. Mousa, Ultramicroscopy, 234, 113479 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2022.11347

A. Kumar, N.P. Singh, A. Sundaramoorthy, Mater. Lett. X, 12, 100092 (2021). https://doi.org/10.1016/j.mlblux.2021.100092

Опубліковано
2025-12-08
Цитовано
Як цитувати
Аль-Дмур, Х. (2025). Числове дослідження безсвинцевих перовскитніх сонячних елементів на основі структури FASnI₃/ZrS₂ за допомогою симулятора SCAPS-1D. Східно-європейський фізичний журнал, (4), 284-290. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-26
Номер
№ 4 (2025): East European Journal of Physics
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2025 Хмуд Аль-Дмур

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).