Scaps-1D simülasyonunu kullanarak kurşunsuz çift halojenürlü güneş pillerinin verimliliğinin optimize edilmesi
Optimizing the efficiency of lead-free double halide perovskite solar cells using scaps-1D simulation
- Tez No: 918785
- Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT KARYEYEN, PROF. DR. ABDULLAH YILDIZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Cs-bazlı perovskit yapılar, perovskit güneş hücrelerinin (PSC'ler) hızlı yükselişine rağmen, fotovoltaik performans açısından organik perovskit güneş hücrelerinden sürekli olarak daha iyi performans göstermektedir. Cs2PtI6 malzemelerinin olağanüstü stabilitesi ve yüksek absorpsiyon katsayısı, onları diğer malzemeler arasında perovskit güneş hücreleri için öne çıkarmaktadır. Burada, SCAPS-1D simülatörü kullanılarak FTO/C60/Cs2PtI6/GO/Au yapısına sahip, kurşunsuz Cs2PtI6 bazlı perovskit ince film güneş hücreleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ayrıca, katman kalınlığı, hacim ve arayüzey kusur yoğunluğu, sıcaklık, seri ve şönt dirençler, J-V (akım-gerilim yoğunluğu) ve QE (kuantum verimliliği) özellikleri dahil olmak üzere çeşitli parametrelerin güneş pili performansı üzerine etkilerinin kapsamlı bir analizi yapılmıştır. Başlangıç yapısında, kısa devre akımı (Jsc), açık devre gerilimi (Voc), doluluk faktörü (FF) ve güç dönüşüm verimliliği (PCE) sırasıyla 0.3083V, 10.34 mA/cm², %48.48 ve %1.55 olarak elde edilmiştir. İncelenen güneş hücresindeki Cs₂PtI₆ tabakasının kalınlığı 0.2-1.1 μm aralığında değiştirilmiştir. Artan direnç etkilerinden dolayı FF değeri artan kalınlıkla sürekli olarak azalırken, Cs2PtI6 tabakasının 0.4 μm kalınlığında PCE değeri en yüksek değer olan %4.5'e ulaşmıştır. En uygun verimlilik değeri, C60 tabakasının kalınlığı 10 nm ve GO tabakasının kalınlığı 120 nm olduğunda elde edilmiştir. Aktif tabakadaki kusur seviyesi 1011-1018 cm-3 aralığında değiştirilmiştir. Önerilen güneş hücresinde, kusurların sadece çok yüksek değerlerde (>1017 cm-3) etkili olduğu ve öncesinde etkilerinin zayıf olduğu bulunmuştur. Çalışılan cihaz için, GO/Cs2PtI6 arayüzeyindeki kusur yoğunluğu 1015 cm-2'e ulaştığında PCE'nin %3.20'ye düştüğü gözlemlenmiştir. Optimizasyonlardan sonra, Voc, Jsc, FF ve PCE sırasıyla 0.3359V, 23.86 mA/cm2, %60.63 ve %4.86 olarak elde edilmiştir. Bulgular, kurşunsuz çift perovskit güneş hücrelerinin daha ileri tasarım optimizasyonları için yol gösterici olabilir.
Özet (Çeviri)
Inorganic perovskite, obtained by Cs-based perovskite, continuously outperforms organic perovskite solar cells (PSCs) in terms of photovoltaic performance, despite the rapid rise of PSCs. The exceptional stability and high absorption coefficient of Cs2PtI6 materials in PSCs make them stand out among the others. Employing SCAPS-1D simulator, herein, we investigated lead-free Cs2PtI6 perovskite thin film based solar cells consisting of FTO/C60/Cs2PtI6/GO/Au in detail. Additionally, a comprehensive analysis of the impact of various parameters is carried out, including layer thickness, the density of bulk and interface defects, temperature, series and shunt resistances, J-V (current-voltage density), and QE (quantum efficiency) characteristics. Open circuit-voltage (Voc), short-circuit current (Jsc), fill factor (FF) and power conversion efficiency (PCE) and were obtained from the initial configuration as 0.3083V, 10.34 mA/cm2, 48.48% and 1.55%, respectively. The thickness of the Cs2PtI6 layer for the investigated solar cell was varied in the range of 0.2-1.1 μm. While the FF value decreased continuously with thickness due to the increasing resistance effects, the PCE value reached its highest value with a value of 4.5% at the 0.4 μm thickness of the Cs2PtI6 layer. The most optimum efficiency value was obtained when the thickness of the C60 layer was 10 nm and the thickness of the GO layer was 120 nm. The defect level in the active layer was changed between 1011-1018 cm-3. In the proposed solar cell, it was found that the defects were effective only at very high values (>1017 cm-3) and their effect was weak before. For the studied device, it was observed that the PCE decreased to 3.20% when the defect density at the GO/Cs2PtI6 interface was lifted to 1015 cm-2. After optimizations, Voc, Jsc, FF and PCE were obtained from the final configuration as 0.3359V, 23.86 mA/cm2, 60.63% and 4.86%, respectively. The findings may pave the way for further design optimization of lead-free double perovskite solar cells.
Benzer Tezler
- Perovskit güneş hücreleri verimliliğine etki eden faktörlerin sayısal modellemesi ve karşılaştırılması
Numerical modeling and comparison of factors affecting perovskite solar cells efficiency
HASAN MALLAHASAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiEskişehir Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM ONAY
- Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices
Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru
BETÜL TEYMUR
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiDuke UniversityMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ
- İki boyutlu BA2PbI4 perovskit katmanı içeren güneş hücresi yapısının verim optimizasyonu
Efficiency optimization of a solar cell structure containing a two-dimensional BA2PbI4 perovskite layer
ORHAN POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇAĞLAR DUMAN
- Metilamonyum tabanlı perovskit güneş hücrelerinin simülasyonu
Simulation of methylammonium-based perovskite solar cells
ALİ ÇATAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELTEM GÖR BÖLEN
- Effect of ETL and HTL layers on the performance of perovskite solar cells using SCAPS-1D algorithm
SCAPS-1D algoritması kullanılarak ETL ve HTL katmanlarının perovskit güneş hücrelerinin performansına etkisi
ABDULLAH MUSLIM QAWAMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Enerjiİstanbul Okan ÜniversitesiGüç Elektroniği ve Temiz Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ELİF ALTÜRK