Status review and the future prospects of czts based solar cell – a novel approach on the device structure and material modeling for czts based photovoltaic device



Download 1,99 Mb.
Pdf ko'rish
bet8/11
Sana29.12.2021
Hajmi1,99 Mb.
#133558
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Bog'liq
ravindiran2018

Renewable and Sustainable Energy Reviews 94 (2018) 317–329

325



Polymer perovskite solar cells are becoming very popular with the

ability to be used in

flexible substrates. Improving the stability of the

polymer perovskite solar cells are very important in terms of its com-

mercial use. Solar cell e

fficiency is improved from 17% to 19% when

the perovskite cells are doped with polymers. These doped polymers act

as bridge between the grains which helps in improving the charge

transport. The use of the polymers is not limited, hence di

fferent


polymer doping with perovskite can be tried for improved e

fficiency of

the cell

[111]


.

The perovskite-based substances having di

fferent properties, in-

cluding piezoelectric, conducting, superconducting and insulating

properties. And also, conventional perovskite compounds manufactured

from high temperature involving method like solid state synthesis

technique

[112,113]

. Halide perovskite-based substances is recently

discovered as a desired substance for high performance with low price

photovoltaic. The perovskite based photovoltaic was highly mature and

then its e

fficiency enhanced rapidly, from 3.8% in the year 2009–22.1%

in the year 2016

[109]

,

[114



–116]

. Nitrogen doping enhances the

conductivity of the device which can further improve the overall e

ffi-

ciency. This can be achieved by doping nitrogen into graphene by N2



treatment on the edge sites. Fabricated cells have shown very good

e

fficiency with better electrocatalytic activity and electrochemical sta-



bility

[117]


. Device performance can be further improved by nanomesh

by CVD technique. 3D Nanomesh can improve the conductivity of the

cell when fabricated over the perovskite layer

[118]


.

Fig. 9


shows the modi

fied CZTS/perovskite device structure with Au

and FTO as the top and bottom layers of the cell. Due to the better

optical absorption of the CZTS and perovskite layers, the power con-

version e

fficiency of the device will be better.

5. Proposed structure

Proposed device structure with the CZTS as top layer is shown in the

Fig. 10

. The band structure alignment of the device is shown in

Fig. 10

(b). It is understood from the band structure that the band o

ffset

between the top layer and the middle layers has e



ffective electron

blocking alignment which will make the top electrode as cathode al-

lowing maximum number of electron to be collected at the top contact.

Similarly, the holes will be collected at the bottom contact of the device

allowing maximum number of carriers generated by the incident light

Fig. 8. perovskite based solar cell device structure and its characteristics, a) device structure, b) SEM image of device, c) band alignment and d) XRD results. (source -

https://phys.org/news/2014-09-liquid-inks-solar-cells.html).

Fig. 9. - Perovskite based CZTS absorbing solar cell, a) device structure, b) conductivity and c) absorbance. (source - https://www.sparrho.com/item/kesterite-

cu2znsns4-as-a-low-cost-inorganic-hole-transporting-material-for-high-e

fficiency-perovskite-solar-cells/2903/).

M. Ravindiran, C. Praveenkumar

Renewable and Sustainable Energy Reviews 94 (2018) 317–329

326



to be converted into electrical energy resulting in very good power

conversion e

fficiency.

Fig. 11


shows the inverted solar cell structure with CZTS layer at the

middle of the solar cell structure with the P type ZnO on the top. Band

alignment of the proposed device is shown in the

Fig. 11


(b). The band

alignment shows an o

ffset between the top layer and the middle layer

resulting in an electron blocking setup. The electrons generated from

the incident light make the electrons to move towards the bottom

electrode and blocking the electrons to travel towards the top layer.

Since the carrier collection is inverted, the top layer is anode and the

bottom layer are cathode. Due to the electron blocking layer, there will

be an improved carrier collection on the top electrode and the bottom

electrode. Hence the power conversion e

fficiency of the proposed solar

cell be much higher when compared to the other CZTS based solar cells.

6. Proposed composites for energy application

Density Functional Theory (DFT) calculations has been performed

with various composites in order to identify better absorber layer for

heterojunction solar cell fabrication. Considerable preliminary works

has been carried out to identify the absorber layer with better electronic

and optoelectronic property. The proposed work will make a new ad-

vancement in the solar cell technology with better power conversion

e

fficiency.



The

Table 2


illustrates the various composites and its respective

electron density, absorption coe

fficient and optical conductivity.

Composites made with the X and Y represents the metal and ferro-

magnetic metal with similar composition of the CZTS. It is understood

from the above table that the composites made with (X)ZnSnSe and (X)

Zn(Y)Se have improved electron density and absorption coe

fficient.


Further investigation of the proposed composite will make a better

composite for energy application. Optimization of the composites can

be done with the di

fferent compositions of the elements in the com-

posite. Hence with the optimized composite property, a better compo-

site material than CZTS can be identi

fied for energy application.

7. Conclusion

Power conversion e

fficiency of solar cells can be improved with the

approaches adopted based on the materials used and the band structure

alignment. CZTS has been a promising material of choice over the re-

cent years. This manuscript has extensively analyzed the various CZTS

based solar cell structures and synthesis methods. To make an improved

device performance with the CZTS based device structure an alternative

approach of the device structure is proposed in the present work. To

further improve the device performance, an extensive analysis of the

composite material is done with the DFT calculations and the compo-

sites with better electron density (37 J/m

3

), absorption coe



fficient

(280000Au) and optical conductivity is analyzed (8 mS).

Fig. 10. Proposed device and band structure with CZTS as top layer.

Fig. 11. Proposed device and band structure with CZTS as middle layer.

Table 2

Comparison of various composites for energy application.

Sl. no

Composite



Electron

density


Absorption

doe


fficient

Optical


conductivity

1

CuZnSnS



35 J/m

3

270000Au



4 mS

2

CuZnSnSe



35 J/m

3

220000Au



4 mS

3

CuZnSnSsS



28 J/m

3

270000Au



4 mS

4

(X)ZnSnS



35 J/m

3

270000Au



8 mS

5

(X)ZnSnSe



37 J/m

3

250000Au



6 mS

6

(X)ZnSnSeS



28 J/m

3

280000Au



8 mS

7

(X)Zn(Y)S



35 J/m

3

250000Au



6 mS

8

(X)Zn(Y)Se



38 J/m

3

270000Au



6 mS

9

(X)Zn(Y)SeS



30 J/m

3

270000Au



6 mS

(X)


– Metal, (Y)- Ferromagnetic Metal.

M. Ravindiran, C. Praveenkumar




Download 1,99 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish