شماره ركورد
34590
پديد آورنده
ريحانه گرماني
عنوان
طراحي و شبيه سازي سلول خورشيدي پروسكايت مبتني بر قلع (Sn) با ساختار دوبعدي/سه بعدي (2D/3D) به منظور بهبود عملكرد الكتريكي و نوري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
برق
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/07/26
استاد راهنما
دكتر علي صدر
استاد مشاور
-
دانشكده
برق
چكيده
يكي از روشهاي بهبود پايداري و جلوگيري از تخريب در سلولهاي خورشيدي پروسكايت به كار بردن يك لايه نازك پروسكايت دوبعدي است. اين لايه دوبعدي پوششي براي لايه جاذب پروسكايتي بوده كه عملكرد فتوولتائيك را نيز بهبود ميبخشد. در اين پژوهش يك سلول خورشيدي پروسكايتي با جاذب MASnI3 با ساختار معكوس در نرمافزار كامسول در دو بخش نوري و الكتريكي شبيهسازي شده است. ساختار ارائه شده يك تركيب دوبعدي/سهبعدي است كه در آن لايههاي BA2PbI4، BA2MAPb2I7،BA2MA2Pb3I10 ،BA2MA3Pb4I13 ، BA2MA4Pb5I16 ،Pea2SnI4 به عنوان بخش دوبعدي ارزيابي شدهاند. تاثير تغيير ضخامت ماده دوبعدي، تغيير دما و چگالي نقص نيز بررسي گرديد. نتايج عددي نشان ميدهد لايه دوبعدي باعث افزايش چگالي جريان اتصال كوتاه و بهبود ضريب پرشدگي شده كه همين امر باعث افزايش بازدهي ميشود. چگالي جريان اتصال كوتاه بهينه در ضخامتهاي بررسي شده هر يك از موارد بالا براي پروسكايت BA2MA3Pb4I13 در ضخامت 20 نانومتر با مقدار mA/cm2 23.73 به دست آمد. كه در مقايسه با ساختار مسطح بدون پروسكايت دوبعدي با چگالي جريان اتصال كوتاه mA/cm2 19.085 افزايش داشته است. بالاترين بازدهي به دست آمده در ضخامتهاي بررسي شده براي ساختار با پروسكايت دوبعدي BA2MA4Pb5I16 با مقدار %16.72 در ضخامت 20 نانومتر است كه افزايش حدود % 3.3 نسبت به ساختار مسطح بدون لايه دوبعدي داشته است. نتيجه حاصل شده ناشي از بهبود حدود 6 درصدي ضريب پرشدگي نسبت به ساختار مسطح است. در گام بعدي نانوساختار پوسته – هسته در قالب اثرات پلاسموني بر ساختار بهينه BA2MA4Pb5I16 اضافه شده است. يك هسته فلزي، از جنس طلا و نقره، پوسته با جنس SiO2 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ساختار پيشنهادي باعث افزايش جذب و بازدهي ميشود. ساختار بهينه بر اساس نتايج شبيهسازي، فلز نقره با شعاع 30 نانومتر و پوسته 10 نانومتري با چگالي جريان اتصال كوتاه mA/cm2 26.76 و بازدهي %19.27 به دست آمد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/02
عنوان به انگليسي
Design and simulation of tin (Sn)-based perovskite solar cell with two-dimensional/three-dimensional (2D/3D) structure to improve electrical and optical performance
تاريخ بهره برداري
2/20/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ريحانه گرماني
چكيده به لاتين
One effective strategy to enhance the stability and suppress the degradation of perovskite solar cells is the incorporation of an ultrathin two-dimensional (2D) perovskite layer. This 2D layer acts as a protective capping layer for the underlying perovskite absorber while simultaneously improving the photovoltaic performance. In this study, an inverted MASnI₃-based perovskite solar cell was numerically simulated using COMSOL Multiphysics, employing both optical and electrical modules. The proposed structure is a 2D/3D hybrid system in which the 2D perovskite compositions BA₂PbI₄, BA₂MAPb₂I₇, BA₂MA₂Pb₃I₁₀, BA₂MA₃Pb₄I₁₃, BA₂MA₄Pb₅I₁₆, and PEA₂SnI₄ were investigated as interfacial 2D layers. The effects of varying the 2D layer thickness, temperature, and defect density were also examined Numerical results indicate that the incorporation of the 2D layer increases the short-circuit current density and improves the fill factor, thereby leading to an enhancement in the power conversion efficiency (PCE). Among the studied candidates, the highest short-circuit current density was obtained for BA₂MA₃Pb₄I₁₃ at a thickness of 20 nm, yielding 23.73 mA/cm², compared to 19.085 mA/cm² for the reference planar structure without the 2D layer. The maximum PCE was achieved for BA₂MA₄Pb₅I₁₆ with a value of 16.72% at a 20 nm thickness, corresponding to an improvement of approximately 3.3% over the planar reference structure. This enhancement primarily arises from a ~6% increase in the fill factor.
In the next step, a core–shell nanostructure was incorporated into the optimized BA₂MA₄Pb₅I₁₆ configuration to investigate plasmonic effects. A metallic core made of gold or silver, coated with a SiO₂ shell, was evaluated. The results show that the proposed structure enhances both the optical absorption and overall device efficiency. The optimal configuration, determined by the simulations, corresponds to a silver core with a radius of 30 nm and a 10 nm SiO₂ shell, yielding a short-circuit current density of 26.76 mA/cm² and a PCE of 19.27%.
كليدواژه هاي فارسي
سلول خورشيدي پروسكايت دوبعدي/سه بعدي , پروسكايت مبتني بر قلع , شبيهسازي
كليدواژه هاي لاتين
Simulation , 2D/3D perovskite solar cell , Tin-based perovskite
Author
reyhaneh germani
SuperVisor
dr.ali sadr