ارتقاء عملکرد سلول خورشیدی مبتنی بر کادمیوم تلوراید با استفاده از ترکیبات ZnCdS/NiO و ZnO برای لایه های ETL/HTL و TCO

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 5، دوره 12، شماره 48، بهمن 1400، صفحه 61-70   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

ابراهیم عموپور¹؛ جواد حسن زاده کلاشمی^{* 1}؛ علی عبداله زاده ضیابری²؛ پیمان عظیمی انارکی¹

¹گروه فیزیک- واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

²آزمایشگاه تحقیقاتی نانو- واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران

چکیده

سلول خورشیدی کادمیوم تلوراید (CdTe) به دلیل کارایی بالا، هزینه کم و پایداری بالا شناخته شده است. در این مقاله، شبیه‌سازی سلول خورشیدی مبتنی بر کادمیوم تلوراید (ZnO/ZnCdS/CdTe/NiO/Al) ارائه شده است. لایه­های ZnCdS،NiO  و ZnO به­ترتیب به­ عنوان لایه­های ترابردکننده الکترون/حفره (ETL/HTL) و اکسید رسانای شفاف (TCO) استفاده شده­اند. برای ارزیابی عملکرد سلول خورشیدی چند پیوندی کادمیوم تلوراید از نرم­افزار شبیه­سازی SCAPS-1D استفاده شد. این نرم­افزار قادر به تجزیه و تحلیل کارایی با پارامترهای مختلف سلول خورشیدی کادمیوم تلوراید است. تأثیر ضخامت لایه­ها، چگالی حامل­ها، چگالی نقایص و چگالی نقایص پیوندگاه ZnCdS/CdTe بر عملکرد سلول خورشیدی نیز بررسی شد. سلول خورشیدی بهینه­سازی شده با ولتاژ مدار باز(V_OC)  095/1 ولت، چگالی جریان اتصال کوتاه (J_SC) 22/27 میلی-آمپر بر سانتی­متر مربع و ضریب پری (FF) 14/88 درصد و بیشینه بازده تبدیل انرژی (PCE)  3/26 درصد را نشان داد که امیدواری بسیار بالایی را در استحصال انرژی خورشیدی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

اکسید رسانای شفاف؛ سلول خورشیدی کادمیوم تلوراید؛ سلول خورشیدی؛ لایه‌های ترابردکننده الکترون/حفره

مراجع

[1] J. Huang, S. Xiang, J. Yu, C.-Zhi Li, "Highly efficient prismatic perovskite solar cells", Energy and Environmental Science, vol. 12, no. 3, pp. 929-937, Nov. 2019 (doi: 10.1039/C8EE02575D).

[2] Y. Wang, Q. Fan, X. Guo, W. Li, B. Guo, W. Su, X. Ou, M. Zhang, "High-performance nonfullerene pol­ymer solar cells based on a fluorinated wide bandgap copolymer with a high open-circuit voltage of 1.04 V", Journal of Materials Chemistry A, vol. 5, no. 42, pp. 22180–22185, Sept. 2017 (doi: 10.1039/C­7TA­077­85­H­).

[3] Z. Yi, N.H. Ladi, X. Shai, H. Li, Y. Shen, M. Wang, "Will organic–inorganic hybrid halide lead perovskites be eliminated from optoelectronic applications?" Nanoscale Advances, vol. 1, pp. 1276–1289, Jan. 2019 (doi: 10.1039/C8NA00416A).

[4] S. Ahmmed, A. Aktar, M.F. Rahman, J. Hossain, A.B.M. Ismail, "A numerical simulation of high effici­en­c­y­ CdS/CdTe solar cell using NiO HTL and ZnO TCO", Optik, vol. 223, Article Number: 165625, Dec. 2020 (doi: 10.1016/j.ijleo.2020.165625).

[5] L.I. Nykyruy, R.S. Yavorskyi, Z.R. Zapukhlyak, G. Wisz, P. Potera, "Evaluation of CdS/CdTe thin flm solar cells: SCAPS thickness simulation and analysis of optical properties", Optical Materials (Amst), vol. 92, pp. 319–329, June 2019 (doi: 10.1016/j.optmat.2019.04.029).

[6] S. Du, L. Zhu, W. Li, J. Zhang, L. Wu, W. Wang, "Bilayered ZnTe/Cu_1.4Te alloy thin films as a back contact for CdTe solar cells", Solar Energy, vol. 185, pp. 262–269, June 2019 (doi: 10.101­6/j.s­olen­er.2­01­9.0­4.052).

[7] J. Qi, W. Liu, C. Biswas, G. Zhang, L. Sun, Z. Wang, X. Hu, Y. Zhang, "Enhanced power conversion effciency of CdS quantum dot sensitized solar cells with ZnO nanowire arrays as the photoanodes", Optics Communications, vol. 349, pp. 198–202, Aug. 2015 (doi: 10.1016/j.optcom.2015.03.060).

[8] J. Liu, X. Liu, K. Yang, S. He, H. Lu, B. Li, G. Zeng, J. Zhang, W. Li, L. Wu, L. Feng, "Preparation and characterization of pulsed laser deposited Sb₂Te₃ back contact for CdTe thin flm solar cell", Applied Surface Science, vol. 453, pp. 126–131, Sept. 2018 (doi: 10.1016/j.apsusc.2018.05.075).

[9] S. Ahmmed, A. Aktar, J. Hossain, A.B.M. Ismail, "Enhancing the open circuit voltage of the SnS based heterojunction solar cell using NiO HTL", Solar Energy, vol. 207, pp. 693–702, Sept. 2020 (doi: 10.101­6/j.s­olener.2020.07.003).

[10] A. Kuddus, M.F. Rahman, S. Ahmmed, J. Hossain, A.B.M. Ismail, "Role of facile synthesized V₂O₅ as hole transport layer for CdS/CdTe heterojunction solar cell: validation of simulation using experimental data", Superlattices Microstruct, vol. 132, Article Number: 106168, Aug. 2019 (doi: 10.1016/j.spmi.2019.106168).

[11] S. Boudour, I. Bouchama, M. Hadjab, S. Laidoudi, "Optimization of defected ZnO/Si/Cu₂O heterostructure solar cell", Optical Materials (Amst), vol. 98, Article Number: 109433, Dec. 2019 (doi: 10.1016/j.op­tma­t.­2­0­­19.109433).

[12] M.I. Hossain, F.H. Alharbi, N. Tabet, "Copper oxide as inorganic hole transport material for lead halide perovskite based solar cells", Solar Energy, vol. 120, pp. 370–380, Oct. 2015. (doi: 10.10­16/j.s­olen­er.2­015­.0­7.040).

[13] F.F. Muhammad, K. Sulaiman,"Photovoltaic performance of organic solar cells based on DH6T/PCBM
thin film active layers", Thin Solid Films, vol. 519, pp. 5230-5233, May 2011. (doi: 10.1016/j.tsf.2­011.0­1.1­6­5).

[14] M. Yue, J. Su, P. Zhao, Z. Lin, J. Zhang, J. Chang, Y. Hao, "Optimizing the performance of CsPbI₃-based perovskite solar cells via doping a ZnO electron transport layer coupled with interface engineering", Nano-Micro Letters, vol. 11, Article Number: 91, Oct. 2019 (doi: 10.1007/s40820-019-0320-y)

[15] J.P. Long, V.M. Bermudez, "Band bending and photoemission-induced surface photovoltages on clean n- and p-GaN (0001) surfaces", Physical Review B. vol. 66, no. 12, pp. 121308, Sept. 2002 (doi: 10.1103/P­hysR­­ev­B­.66­.121308)

[16]  O.M. Hussain, P.S. Reddy, B.S. Naidu, S. Uthanna, P.J. Reddy, "Characterization of thin film ZnCdS/CdTe Solar cells", Semiconductor Sience. and Technology, vol. 6, no. 7, Article Number: 690, 1991 (doi: 10.108­8/0­26­8-1242/­6/7­/023).

[17] M.S. Hossain, K.S. Rahman, M.R. Karim, M.O. Aijaz, M.A. Dar, M.A. Shar, H. Misran, N. Amin, "Impact of CdTe thin film thickness in Zn_xCd_1–xS/CdTe solar cell by RF sputtering", Solar Energy, vol. 180, pp. 559–566, 2019 (doi: 10.1016/j.solener.2019.01.019).

[18] M. S. Hossain, N. Amin, T. Razykov, "Prospects of back contacts with back surface fields in high efficiency Zn_xCd_1–xS/CdTe solar cells from numerical modelling", Chalcogenide Letters, vol. 8, no. 3, pp. 187–197,  2011.

[19] S.M.S. Hasheminassab, M. Imanieh, A. Kamali, S.A. Emamghorashi, S. Hassanhasseini, "Increased light ab­so­rption in CIGS solar cells with plasmonic Ag nanostructures to increase efficiency",  Journal of Intellig­en­t Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 45, pp. 35-49, Spring 2021 (in Persian).