Optimization of copper(I) thiocyanate as hole transport material for solar cell by Scaps-1D numerical analysis

• Autorzy: Aliyaselvam Omsri Vinasha , Mat Junos Siti Aisah , Arith Faiz , Izlan Nurhazwani , Mohd Said Muzalifah , Mustafa Ahmad Nizamuddin

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.06.24

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja tiocyjanianu miedzi(I) jako materiału transportującego dziury w ogniwach słonecznych za pomocą analizy numerycznej Scaps-1D

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In SSDSSC, various key parameters of CuSCN as HTM were explored using SCAPS-1D simulation software. A layer thickness of 3 µm with a moderate value of interface defect density was obtained yielding 2.56% of PCE in SSDSSC. TiO2 ETM and Ni back contact was found to be the best combination with CuSCN HTM in SSDSSC. An excellent temperature gradient in a range between -0.04%/K and -0.05%/K was demonstrated, showing that the temperature tolerances of the studied devices are encouraging. In addition, PCE as high as 31.31% has been achieved by substituting the N719 dye with a perovskite absorbent of CH3NH3SnI3, and hence exceeding the previously reported PCE value in PSC. Other parameters that have been optimized are retained. Furthermore, the quantum efficiency of such structure has proved that cells with CH3NH3SnI3 absorbent layer can absorb a wider range of the light spectrum, enhancing the power conversion efficiency.

PL

W SSDSSC różne kluczowe parametry CuSCN jako HTM były badane za pomocą oprogramowania symulacyjnego SCAPS-1D. Otrzymano warstwę o grubości 3 µm przy umiarkowanej wartości gęstości defektu powierzchni międzyfazowej, uzyskując 2,56% PCE w SSDSSC. Stwierdzono, że styk tylny TiO2 ETM i Ni jest najlepszą kombinacją z CuSCN HTM w SSDSSC. Wykazano doskonały gradient temperatury w zakresie od -0,04%/K do -0,05%/K, co pokazuje, że tolerancje temperaturowe badanych urządzeń są zachęcające. Ponadto PCE tak wysokie jak 31,31% osiągnięto przez zastąpienie barwnika N719 perowskitowym absorbentem CH3NH3SnI3, a zatem przekraczając wcześniej podaną wartość PCE w PSC. Pozostałe parametry, które zostały zoptymalizowane, zostają zachowane. Co więcej, wydajność kwantowa takiej struktury dowiodła, że ogniwa z warstwą pochłaniającą CH3NH3SnI3 mogą pochłaniać szerszy zakres widma światła, zwiększając efektywność konwersji energii.

Słowa kluczowe

EN

CuSCN; hole transport layer; perovskite solar cell; SCAPS-1D; SSDSSC

PL

CuSCN; warstwa transportu dziur; ogniwo słoneczne z perowskitu; SCAPS-1D; SSDSSC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 6
• Strony: 131--135
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Aliyaselvam Omsri Vinasha

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia

autor

Mat Junos Siti Aisah

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia

autor

Arith Faiz

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia

autor

Izlan Nurhazwani

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia

autor

Mohd Said Muzalifah

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia

autor

Mustafa Ahmad Nizamuddin

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Malaysia

Bibliografia

• [1] O'Regan B. and Grätzel M., A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films". Nature. 353 (1991) No. 6346, 737–40
• [2] Crabtree G. W., Lewis N. S., Solar energy conversion, Phys. Today, 60 (2007), No. 3, 37–42
• [3] Zhang J., Freitag M., Hagfeldt A., Boschloo G., Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells, Sol. Energy, (2018), 151-185
• [4] Green M. A., Third generation photovoltaics: Solar cells for 2020 and beyond, Phys. E Low-Dimensional Syst. Nanostructures, 14 (2002), No. 1–2, 65–70
• [5] Yan J., Saunders B. R., Third-generation solar cells: A review and comparison of polymer:fullerene, hybrid polymer and perovskite solar cells, RSC Adv., 4 (2014), No. 82, 43286–43314
• [6] Li B., Wang L., Kang B., Wang P., Qiu Y., Review of recent progress in solid-state dye-sensitized solar cells, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 90 (2006), No. 5, 549–573
• [7] Nizamuddin A., Arith F., Rong J., Zaimi M., Rahimi A. S., Saat S., Investigation of Copper (I) Thiocyanate (CuSCN) as a Hole Transporting Layer for Perovskite Solar Cells Application, Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, (2020) 153-159
• [8] M. Łuszczek, G. Łuszczek, and D. Świsulski, “Simulation investigation of perovskite-based solar cells,” Przeglad Elektrotechniczny, (2021) 99–102
• [9] Aliyaselvam O. V., Arith F., Mustafa A.N., Nor M. K., Al-Ani O., Solution Processed of Solid State HTL of CuSCN Layer at Low Annealing Temperature for Emerging Solar Cell, International Journal of Renewable Energy Research-IJRER, (2021) Vol. 11, No. 2
• [10] O’Regan B., Schwartz D. T., Efficient dye-sensitized charge separation in a wide-band-gap p-n heterojunction, J. Appl. Phys., 80 (1996), No. 8, 4749–4754
• [11] Jahantigh F., Safikhani M. J., The effect of HTM on the performance of solid-state dye-sanitized solar cells (SDSSCs): a SCAPS-1D simulation study, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process., 125 (2019), No. 4, 1–7
• [12] O’Regan B., Lenzmann F., Muis R., A solid-state dyesensitized solar cell fabricated with pressure-treated P25-TiO2and CuSCN: Analysis of pore filling and IV characteristics, Chem. Mater., 14 (2002), No. 12, 5023–5029
• [13] Pattanasattayavong, P., Promarak, V., Anthopoulos, T. D., Electronic Properties of Copper(I) Thiocyanate (CuSCN), Adv. Electron. Mater. (2017), 3, 1600378.
• [14] Burgelman M., Decock K., Niemegeers A., Verschraegen J., Degrave S., “SCAPS manual,” (2020)
• [15] M. E. A. Aichouba and M. Rahli, Solar cell parameters extraction optimization using Lambert function, Przeglad Elektrotechniczny, (2019) Vol. 95
• [16] Shukla V. Panda G., The performance study of CdTe/CdS/SnO2 solar cell, Mater. Today Proc., 26 (2019), 487–491
• [17] Anwar F., Mahbub R., Satter S. S., Ullah S. M., Effect of Different HTM Layers and Electrical Parameters on ZnO Nanorod-Based Lead-Free Perovskite Solar Cell for High-Efficiency Performance, Int. J. Photoenergy, (2017), 1-9
• [18] Yang G., Tao H., Qin P., Ke W., Fang G., Recent progress in electron transport layers for efficient perovskite solar cells, J. Mater. Chem. A, 4 (2016), No. 11, 3970–3990
• [19] Meriam Suhaimy S. H., Ghazali N., Arith F., Fauzi B., Enhanced simazine herbicide degradation by optimized fluoride concentrations in TiO2 nanotubes growth, Optik, 212, (2020), No. February, 164651
• [20] Noorasid N. S., Arith F., Alias S. N., Mustafa A. N., Roslan H., Johari S. H., Rahim H. R. A., Ismail M. M., Synthesis of ZnO Nanorod Using Hydrothermal Technique for Dye-Sensitized Solar Cell Application. Intelligent Manufacturing and Mechatronics, Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, (2021)
• [21] Chelvanathan P., Shahahmadi S. A., Arith F., Sobayel K., Aktharuzzaman M., Sopian K., Alharbi F. H., Tabet N., Amin N., Effects of RF magnetron sputtering deposition process parameters on the properties of molybdenum thin films, Thin Solid Films, (2017), 638 213–219
• [22] Arith F., Anis S. A. M., Said M. M., Idris C. M. I., Low cost electro-deposition of cuprous oxide P-N homojunction solar cell, Advanced Materials Research, 827 (2014), 38–43
• [23] M. S. Tivanov, A. Moskalev, I. A. Kaputskaya, and P. V Zukowski, “Calculation the ultimate efficiency of pn-junction solar cells taking into account the semiconductor absorption coefficient.” Przeglad Elektrotechniczny, (2016)
• [24] Azam M. A., Ezyanie N., Aziz A., Fareezuan M., Raja Seman N. A., Suhaili M. R., Abdul Latiff A., Arith F., Mohamed KassimA., Ani Hanafi M., Structural characterization, and electrochemical performance of nitrogen doped graphene supercapacitor electrode fabricated by hydrothermal method, International Journal of Nanoelectronics and Materials, (2021), 127-136
• [25] Wijeyasinghe N., Anthopoulos T. D., Copper (I) thiocyanate(CuSCN) as a hole-transport material for large-area opto / electronics, Materials., (2015), 1–45
• [26] Azhari M. A, Arith F., Ali F., Rodzi S., Karim K., Fabrication of low cost sensitized solar cell using natural plant pigment dyes, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 10 (2015), No. 16, 7092–7096

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).