CH3NH3SnI3 негізіндегі экологиялық таза күн элементтерінің өнімділігін модельдеу
DOI:
https://doi.org/10.31489/2022No2/58-64Кілт сөздер:
қорғасынсыз перовскит күн батареялары, электронды-тасымалдау қабаты, тесік-тасымалдау қабаты, сіңіру қабаты, SCAPS-1DАңдатпа
СH3NH3PbI3 сияқты жоғары тиімді материалдарды пайдалана отырып, перовскиттік фотоэлектрлік технологияны кең ауқымда ендіру болашақта күрделі экологиялық мәселелерге әкелуі мүмкін. Коммерцияландыру үшін балама шешім Sn негізіндегі перовскит күн батареясын енгізу болып табылады. Бұл жұмыста қорғасынсыз, экологиялық таза күн батареясы, яғни жарықты сіңіретін қабат ретінде СH3NH3SnI3 қолданылуымен теориялық зерттеу нәтижелері көрсетілген. Перовскит негізіндегі күн батареясының сипаттамаларын модельдеу SCAPS-1D бағдарламасы арқылы жүзеге асырылды. Сіңіргіш қабаттың әр түрлі қалыңдықтары талданды және қоршаған орта температурасында 28%-ға дейін жоғары қуатты түрлендіру тиімділігін (PCE) көрсететін оңтайландырылған құрылғы құрылымы ұсынылды. Нәтижесінде, СH3NH3SnI3 сіңіргіш қабатының әртүрлі қалыңдығын талдағаннан кейін, 500 нм қалыңдығында қуатты түрлендіру ПӘК-і 27,41 %, толтыру коэффициенті 85,92 % және қысқа тұйықталу тоғының тығыздығы 32,60 мА/см2 және ашық тізбектегі кернеу 0,98 В кезінде оңтайлы өнімділік көрсетілгені анықталды. Алынған сандық нәтижелер СH3NH3SnI3 сіңіргіш қабатын пайдалану перовскит негізіндегі экологиялық таза күн батареясының жоғары тиімді технологиясын жасау үшін балама алмастырғыш бола алатынын көрсетеді.
References
Klöckner K., Letmathe P. Is the coherence of coal phase-out and electrolytic hydrogen production the golden path to effective decarbonisation? Applied Energy, 2020, Vol. 279, pp. 115779. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115779.
Carneiro A.L. et al. Energy consumption and carbon footprint of perovskite solar cells. Energy Reports, 2022, Vol. 8, pp. 475–481. doi: 10.1016/j.egyr.2022.01.045.
Gür T.M. Carbon Dioxide Emissions, Capture, Storage and Utilization: Review of Materials, Processes and Technologies. Progress in Energy and Combustion Science, 2022, Vol. 89, pp. 100965.
Martinho F. Challenges for the future of tandem photovoltaics on the path to terawatt levels: a technology review. Energy & Environmental Science, 2021, Vol. 14, No. 7, pp. 3840–3871. doi: 10.1039/D1EE00540E.
Cousse J. Still in love with solar energy? Installation size, affect, and the social acceptance of renewable energy technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021, Vol. 145, pp. 111107.
Jena A.K., Kulkarni A., Miyasaka T. Halide Perovskite Photovoltaics: Background, Status, and Future Prospects. Chemical Reviews, 2019, Vol. 119, No. 5, pp. 3036–3103. doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00539.
Reddy S.H., Di Giacomo F., Di Carlo A. Low‐Temperature‐Processed Stable Perovskite Solar Cells and Modules: A Comprehensive Review. Advanced Energy Materials, 2022, Vol. 12, No. 13, pp. 2103534.
Chapin D.M., Fuller C.S., Pearson G.L. A New Silicon p‐n Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power. Journal of Applied Physics, 1954, Vol. 25, No. 5, pp. 676–677. doi: 10.1063/1.1721711.
Green M.A. et al. Solar cell efficiency tables (Version 53). Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2019, Vol. 27, No. 1, pp. 3–12. doi: 10.1002/pip.3102.
Zu F. et al. Illumination‐Driven Energy Level Realignment at Buried Interfaces between Organic Charge Transport Layers and a Lead Halide Perovskite. Solar RRL, 2022, pp. 2101065. doi: 10.1002/solr.202101065.
Jeong M. et al. Stable perovskite solar cells with efficiency exceeding 24.8% and 0.3-V voltage loss. Science, 2020, Vol. 369, No. 6511, pp. 1615–1620. doi: 10.1126/science.abb7167.
Min H. et al. Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO2 electrodes. Nature, 2021, Vol. 598, No. 7881, pp. 444–450. doi: 10.1038/s41586-021-03964-8.
Park S.Y., Zhu K. Advances in SnO 2 for Efficient and Stable n–i–p Perovskite Solar Cells. Advanced Materials, 2022, pp. 2110438. doi: 10.1002/adma.202110438.
Herterich J. et al. Ion Movement Explains Huge V OC Increase despite Almost Unchanged Internal Quasi‐Fermi‐Level Splitting in Planar Perovskite Solar Cells. Energy Technology, 2021, Vol. 9, No. 5, pp. 2001104.
Morana M., Malavasi L. Pressure Effects on Lead‐Free Metal Halide Perovskites: a Route to Design Optimized Materials for Photovoltaics. Solar RRL, 2021, Vol. 5, No. 11, pp. 2100550. doi: 10.1002/solr.202100550.
Ghimire S. et al. Structural Reconstruction in Lead-Free Two-Dimensional Tin Iodide Perovskites Leading to High Quantum Yield Emission. ACS Energy Letters, 2022, Vol. 7, No. 3, pp. 975–983.
Wuttig M. et al. Halide Perovskites: Advanced Photovoltaic Materials Empowered by a Unique Bonding Mechanism. Advanced Functional Materials, 2022, Vol. 32, No. 2, pp. 2110166. doi: 10.1002/adfm.202110166.
Meier F. et al. Charge Carrier Dynamics of Multiple-Cation Mixed-Halide Perovskite Thin Films. The Journal of Physical Chemistry C, 2021, Vol. 125, No. 31, pp. 17411–17417. doi: 10.1021/acs.jpcc.1c04302.
Deepthi Jayan K., Sebastian V. Comprehensive device modelling and performance analysis of MASnI3 based perovskite solar cells with diverse ETM, HTM and back metal contacts. Solar Energy, 2021, Vol. 217, pp. 40–48.
Patel P.K. Device simulation of highly efficient eco-friendly CH3NH3SnI3 perovskite solar cell. Scientific Reports, 2021, Vol. 11, No. 1, pp. 3082. doi: 10.1038/s41598-021-82817-w.
Singh A.K. et al. Performance optimization of lead free-MASnI3 based solar cell with 27% efficiency by numerical simulation. Optical Materials, 2021, Vol. 117, pp. 111193. doi: 10.1016/j.optmat.2021.111193.
Kanoun A.-A. et al. Toward development of high-performance perovskite solar cells based on CH3NH3GeI3 using computational approach. Solar Energy, 2019, Vol. 182, pp. 237–244. doi: 10.1016/j.solener.2019.02.041.
Tariq Jan S., Noman M. Influence of layer thickness, defect density, doping concentration, interface defects, work function, working temperature and reflecting coating on lead-free perovskite solar cell. Solar Energy, 2022, Vol. 237, pp. 29–43. doi: 10.1016/j.solener.2022.03.069.
Zeinidenov A. et al. The effect of MoO3 interlayer on electro-physical characteristics of the perovskite solar cells. Synthetic Metals, 2021, Vol. 281, pp. 116903. doi: 10.1016/j.synthmet.2021.116903.
Aimukhanov А.К. et al. Influence of surface structure and morphology of PEDOT: PSS on its optical and electrophysical characteristics. Bulletin of the Karaganda University. Physics series.2021, Vol. 103, No. 3, pp. 93–100.
Rombach F.M., Haque S.A., Macdonald T.J. Lessons learned from spiro-OMeTAD and PTAA in perovskite solar cells. Energy & Environmental Science, 2021, Vol. 14, No. 10, pp. 5161–5190. doi: 10.1039/D1EE02095A.
Aimukhanov A.K. et al. The influence of structural and charge transport properties of PEDOT : PSS layers on the photovoltaic properties of polymer solar cells. Polymers for Advanced Technologies, 2021, Vol. 32, No. 2, pp. 497–504. doi: 10.1002/pat.5102.
Salem M.S. et al. Analysis of Hybrid Hetero-Homo Junction Lead-Free Perovskite Solar Cells by SCAPS Simulator. Energies, 2021, Vol. 14, No. 18, pp. 5741. doi: 10.3390/en14185741.
Abdelaziz S. et al. Investigation of lead-free MASnI3-MASnIBr2 tandem solar cell: Numerical simulation. Optical Materials, 2022, Vol. 123, pp. 111893. doi: 10.1016/j.optmat.2021.111893.
Deepthi Jayan K., Sebastian V. Comprehensive device modelling and performance analysis of MASnI3 based perovskite solar cells with diverse ETM, HTM and back metal contacts. Solar Energy, 2021, Vol. 217, pp. 40–48.
Kumar M. et al. An optimized lead-free formamidinium Sn-based perovskite solar cell design for high power conversion efficiency by SCAPS simulation. Optical Materials, 2020, Vol. 108, pp. 110213.
