Mejora del rendimiento de las células solares de Cu₂Srsns con capas de transporte de agujeros inorgánicos
Representación esquemática de CU₂srsns₄ Solar Cell con diversos HTLS inorgánicos Crédito: Journal of Physics and Chemistry of Solids (2025); Doi: 10.1016/j.jpcs.2025.112732
Las células solares de película delgada, como CDTE y CIGSE, han ganado una atención significativa debido a su bajo costo de producción y excelentes eficiencias de conversión de energía (PCE). Sin embargo, la toxicidad y la escasez de elementos constituyentes restringen su uso generalizado.
Recientemente, el semiconductor CU2SRSNS4 se ha convertido en un sustituto potencial debido a sus notables características absorbentes, incluida la no toxicidad, la abundancia de la tierra, la banda de banda sintonizable, etc. Pero aún así, está en la etapa emergente con un PCE bajo de 0.6%, revelando que requiere una mejora notable para competir con las células solares tradicionales.
La gran pérdida de voltaje de circuito abierto (VOC) construye su rendimiento, que se origina principalmente en una alineación de banda inadecuada con las capas de transporte. Descubrir la configuración ideal del dispositivo es la mejor solución para mejorar su PCE.
Recientemente, el software de simulación SCAPS-1D ha llamado la atención debido a su confiabilidad y la ventaja de estudiar las propiedades de las células solares en menos tiempo sin consumir material. En nuestro trabajo publicado en el Journal of Physics and Chemistry of Solids, propusimos varias configuraciones de dispositivos y estudiamos exhaustivamente el rendimiento de las células solares Cu2SRSNS4 utilizando SCAPS-1D.
Diseñamos seis células solares CU2SRSNS4 en la configuración superestada basadas en capas de transporte de agujeros de calcogenuro y óxido (HTLS), a saber, SB2S3, MOS2, Cu3BIS3, NIO, Cualo2 y Cu2O, con ZNMGO como capa de transporte de electrones (ETL). Además, también diseñamos células solares sin HTL para comprender la importancia de HTL en la mejora del rendimiento.
Su rendimiento se analizó ampliamente en función de los parámetros esenciales de cada capa, como el grosor, la densidad del portador, la densidad de defectos y las propiedades de la interfaz. Los resultados finales de estas optimizaciones fueron notables. La adición de HTL elevó el PCE y en comparación con los HTL de calcogenuro, las células solares basadas en óxido basadas en HTL proporcionaron un mayor rendimiento con el PCE campeón de 18.48% para Cu2O HTL.
Además, realizamos análisis comparativos entre las diversas células solares basadas en HTL para descubrir la razón de la supremacía de Cu2O HTL sobre los demás. El estudio se centró en diagramas de banda de energía, campo eléctrico, generación, tasas de recombinación, parcelas nyquistas y distribución de electrones de cada célula solar extraída de SCAPS-1D.
Identificamos que las células solares Cu2O tenían una alineación de banda perfecta en la interfaz de absorbente y HTL con barreras de agujeros y electrones de -0.04 eV y 0.46 eV. Además, mostró un campo eléctrico más alto en el lado negativo, una gran resistencia de recombinación de 9.4 × 105Ω.CM2 y un bajo déficit de VOC en comparación con otros.
En conclusión, nuestro trabajo ofrece pautas prometedoras para la comunidad fotovoltaica para comprender la importancia de HTL para mejorar la eficiencia de las células solares. Entonces, creemos que la fabricación de células solares Cu2SRSNS4 con la estructura del dispositivo Champion FTO/ZnmGO/Cu2SRSNS4/Cu2O/NI mejoraría el PCE de las células solares Cu2SRSNS4 en el futuro.
Esta historia es parte del diálogo de Science X, donde los investigadores pueden informar los resultados de sus artículos de investigación publicados. Visite esta página para obtener información sobre el diálogo de Science X y cómo participar.
Más información: Kaviya Tracy Alokioss et al, Directrices de arquitectura para células solares Cu2SRSNS4 que usan capas de transporte de calcogenuro y óxido por simulación SCAPS-1D, Journal of Physics and Chemistry of Solids (2025). Doi: 10.1016/j.jpcs.2025.112732
La Dra. Latha Marasamy es profesora de investigación en la Facultad de Química en UAQ, donde dirige un equipo dinámico de estudiantes e investigadores internacionales. Su misión es avanzar en la energía renovable, particularmente en el desarrollo de células solares de segunda y tercera generación, que incluyen CDTE, CIGS, perovskitas de calcogenuro emergentes, perovskitas sin plomo, calcogenuros cuaternarios de I2-I-IV-VI4 y células solares híbridas. She is working with a range of materials such as CdTe, CIGSe, CdS, MOFs, graphitic carbon nitride, chalcogenide perovskites (ABX3, where A = Ba, Sr, Ca; B = Zr, Hf; X = S, Se), quaternary chalcogenides (I2-II-IV-VI4, where I = Cu, Ag; II = Ba, Sr, Co, Mn, Fe, Mg; IV = Sn, Ti; Además, el Dr. Marasamy está investigando las propiedades de los materiales novedosos y su influencia en el rendimiento de las células solares a través de simulaciones DFT y SCAPS-1D.
Cita: Mejora del rendimiento de las células solares CU₂srsns₄ con capas de transporte de agujeros inorgánicos (2025, 10 de mayo) Consultado el 10 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-cusrsns-solar-cells-inorganic-hole.html
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