Чисельне моделювання та підвищення продуктивності тонкоплівкових сонячних елементів CZTS
| Автори | Mohammed Zebach1, Abderrahmane Hemmani2, Hamid Khachab3 |
| Приналежність |
Tahri Mohammed University, Laboratory of Development Renewables Energies & Their Application in Saharan Areas, 08000 Bechr, Algeria |
| Е-mail | zebach.mohammed@univ-bechar.dz |
| Випуск | Том 15, Рік 2023, Номер 6 |
| Дати | Одержано 23 вересня 2023; у відредагованій формі 17 грудня 2023; опубліковано online 27 грудня 2023 |
| Посилання | Mohammed Zebach, Abderrahmane Hemmani, Hamid Khachab, Ж. нано- електрон. фіз. 15 №6, 06005 (2023) |
| DOI | https://doi.org/10.21272/jnep.15(6).06005 |
| PACS Number(s) | 07.05.Pj, 07.05.Wr, 68.55.Nq |
| Ключові слова | Сонячні елементи CZTS, Моделювання (75) , Тонка плівка (23) , Гетероперехід (12) , Matlab (7) . |
| Анотація |
Розробка тонкоплівкових сонячних елементів дозволяє дослідникам оцінювати різні матеріали з метою підвищення ефективності перетворення елементів. Це особливо актуально для третього покоління сонячних фотоелектричних елементів, які включають шарові матеріали в нано- та мікрометровому масштабі, уникаючи нетоксичних і поширених у землі матеріалів із зниженими витратами на виробництво. В останні роки вчені зосередили свої дослідження на найдешевших і найстабільніших матеріалах, таких як кестерит, на основі таких елементів: мідь, цинк, олово і сірка (CZTS). Це один із найефективніших шарів поглинаючого матеріалу в тонкоплівкових сонячних елементах із прямою забороненою зоною (1,38-2,0 еВ) і високим коефіцієнтом поглинання (∼ 104 см – 1). CZTS має величезний потенціал завдяки великій кількості землі, нетоксичності та низькій вартості виробництва порівняно з іншими тонкоплівковими матеріалами. Проте все ще існує кілька проблем щодо контролю вторинних фаз, композиційної однорідності, електронних дефектів і проблем нестабільності під час виготовлення, які обмежують ефективність сонячних елементів на основі CZTS і які ще потрібно подолати. У цій статті ми реалізуємо математичну модель гетеропереходу CdS-CZTS тонкоплівкового сонячного елемента. Отже, продуктивність сонячних елементів можна оцінити, змінюючи матеріал, параметри, співвідношення розмірів та інші змінні в елементах. По суті, ефективність перетворення наведена на рівні η = 12,79 % результатів моделювання з використанням програмного забезпечення Matlab Simulink. Покращена ефективність перетворення, отримана завдяки нашому дослідженню моделювання, входить у діапазон експериментальних значень, досягнутих для цього типу дизайну тонкоплівкових сонячних елементів, як продемонстровано рекордно виміряною лабораторією ефективністю приблизно 12,6 % для подібної гетероперехідної клітини на основі звіту CZTS за редакцією Wei Wang та ін., тоді як теоретична максимальна ефективність перетворення для ідеальної сонячної батареї на основі CZTS оцінюється в 32,4 % відповідно до обмеження Шоклі Квейссера. Оскільки наше змодельоване значення ефективності наближається до виміряних експериментальних значень, але все ще значно нижче теоретичної межі, це свідчить про те, що подальше підвищення ефективності все ще може бути досягнуте шляхом оптимізації властивостей матеріалу та конструкції комірки. |
|
Перелік посилань |
Інші статті цього номера
1) Магнітні властивості кремнію, легованого домішковими атомами європію [06001-1-06001-4]2) Вплив градуйованого подвійного перовскіту для підвищення фотоелектричних вихідних параметрів сонячної батареї: чисельне моделювання за допомогою SCAPS-1D [06002-1-06002-4]
3) Властивості тримодових атом-молекул бозе-ейнштейнівських конденсатів: система, яка розглядає взаємодію внаслідок внутрішньомодової пружної s-хвилі [06003-1-06003-5]
4) Компактна широкосмугова подвійно-поляризована антена для OTA-тестування нового радіо до 6 ГГц 5G [06004-1-06004-8]
5) Дослідження впливу гамма-опромінення на теплові властивості поруватого кремнію за допомогою фотоакустичного методу [06006-1-06006-5]
6) Двохдіапазонна MIMO кругла патч мікросмугова антена (CPMA) з низьким взаємним зчепленням для системи зв’язку 5G [06007-1-06007-5]
7) Оптичні властивості плівок оксиду ванадію [06008-1-06008-4]
8) Вплив спільного легування на структурні, морфологічні, оптичні та електричні властивості плівок CuO [06009-1-06009-6]
9) Хімічне осадження багатошарових плівок HgS [06010-1-06010-5]
10) Інтелектуальний CMOS (Si та 4H-SiC) датчик температури за технологією 130 нм з наднизькою потужністю і високою чутливістю [06011-1-06011-4]
11) Використання методу часткових областей до визначення направлених властивостей конусного рупора кінцевої довжини для широкосмугового акустичного вушного ехо-спектрометру [06012-1-06012-7]
12) Кореляція між структурними, морфологічними та оптичними характеристиками тонких плівок ZnO, отриманих термічним випаровуванням [06013-1-06013-6]
13) Заборонена зона нових ортованадатів на основі лютецію [06014-1-06014-7]
14) Розширення функціональних можливостей резонаторних апертурних датчиків для НВЧ діагностики малорозмірних об'єктів [06015-1-06015-6]
15) Новий аналітичний підхід до ідентифікації фізичних параметрів контакту сонячних елементів [06016-1-06016-5]
16) Структура, електропровідність та магніторезистивні властивості бінарних плівкових сплавів на основі Fe, Co та Ni у складі сплавів Гейслера [06017-1-06017-4]
17) Аналіз вібраційної поведінки пластин Nano FGM (Si3N4/SUS304): вплив моделей гомогенізації та нанопараметрів [06018-1-06018-5]
18) Діод на основі InPAs як активний елемент терагерцового діапазону [06019-1-06019-5]
19) Органічний польовий транзистор на основі полі-3-гексилтіофену як датчик парів аміаку [06020-1-06020-6]
20) Модифікована мініатюрна монопольна антена на основі SRR із надширокою смугою пропускання для бездротових систем UWB [06021-1-06021-5]
21) Мікрохвильові властивості карбонових магнітних оболонкових структур, на основі скляних мікросфер, з покриттям, що складається з феромагнітних сполук та нановуглецю [06022-1-06022-7]
22) Застосування суперконтинууму в оптичній гіроскопії [06023-1-06023-4]
23) Нове технологічне рішення для створення багатошарових систем на основі кремнію з бінарними нанокластерами та елементами III та V груп [06024-1-06024-4]
24) Радіаційна ефективність сферичних металевих наночастинок, вкритих шаром молекулярного адсорбату [06025-1-06025-7]
25) Антиферомагнітний спін-Холл осцилятор з затримкою як джерело випадкового ТГц сигналу [06026-1-06026-4]
26) Вплив товщини пластини та кількості сіток трафаретного друку на Al-BSF у кристалічних кремнієвих сонячних елементах [06027-1-06027-5]
27) Гетероструктури p-SnS/n-InSe створені методом спрей-піролізу [06028-1-06028-4]
28) Компланарна хвилеводна високоефективна мініатюрна конформна тридіапазонна антена для біомедичних застосувань [06029-1-06029-6]
29) Деформаційні та магніторезистивні властивості низькоентропійних функціональних матеріалів на основі Fe і Pd або Pt [06030-1-06030-4]
30) Синтез біопалива з використанням органо-неорганічного перовскітного матеріалу сонячної батареї на основі нанокомпозиту [06031-1-06031-5]
31) Евристичне метамоделювання – трансдисциплінарний підхід [06032-1-06032-6]
