علوم و فناوری نساجی و پوشاک

علوم و فناوری نساجی و پوشاک

مدل‌سازی عملکرد سلول خورشیدی پروسکایت لیفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
شبنم خدمت بین دانا 1
وحید متقی طلب 2
لیلا میوه ای 3
اصغر ریسمان چی 1
1 گروه مهندسی نساجی، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، گیلان، رشت، ایران
2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، گیلان، رشت، ایران
3 دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
10.22034/jtst.2024.471818.1467
چکیده
سلول خورشیدی پروسکایت جدیدترین نماینده نسل پیشرو در حوزه صنعت فتوولتائیک است. هدف اصلی پژوهش حاضر مدل سازی عملکرد سلول خورشیدی پروسکایت لیفی مستقیم با استفاده از مدل رانش-نفوذ کلاسیک شامل معادله های پواسون و پیوستگی به صورت عددی با روش حجم محدود است. نتایج حاصل از شبیه سازی آن با نتایج تجربی یکی از کارهای اخیر اعتبار سنجی می شوند و ویژگی های فتوولتائیک آن ارزیابی می شوند. نتایج بهینه سازی لایه جاذب ماده پروسکایت نشان داد که کاهش ضریب بازترکیب تابشی منجر به افزایش ولتاژ مدار باز می شود. علاوه بر این استنباط می شود که کاهش سطح مقطع گیرانداختن تله ای، چگالی کلی نقص و سرعت ولتاژ حرارتی بازترکیب شاکلی-رید-هال باعث افزایش جریان اتصال کوتاه می شود. هم چنین نشان داده می شود که کاهش ضریب بازترکیب اوژه باعث افزایش فاکتور پرشدگی می شود. ویژگی های الکتریکی سلول خورشیدی پروسکایت لیفی پس از بهینه سازی شامل جریان اتصال کوتاه ٢mA/cm 188/15، ولتاژ مدار باز V 185/1، فاکتور پرشدگی 198/76% و بازده تبدیل توان 715/13% می باشد که نسبت به کار تجربی معادل آن افزایش بازده را نشان می دهد..
کلیدواژه‌ها
سلول خورشیدی پروسکایت
لیف
مدل‌سازی
شبیه‌سازی
مدل رانش-نفوذ

موضوعات

عنوان مقاله English

Performance Modelling of Fiber-based Perovskite Solar Cells

نویسندگان English

Shabnam Khedmatbin Dana 1
Vahid Mottaghitalab 2
Leila Mivehi 3
Asghar Rismanchi 1
1 Textile Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Guilan, Guilan, Rasht, Iran
2 Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Guilan, Guilan, Rasht, Iran
3 Faculty of Textile Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده English

Perovskite solar cell is the leading generation candidate in the field of photovoltaic industry. The main goal of the current research is performance modelling of direct fiber perovskite solar cell using the classic drift-diffusion model including Poisson's and continuity equations using the finite volume method (FVM). The results of simulation are compared with the one of recent work experimental results and its photovoltaic properties are evaluated. The results of perovskite adsorbent layer optimization showed that the decreasing of radiative recombination coefficient leads to an increase in the open circuit voltage (VOC). In addition, it is inferred that the lessening of the capture cross-section of trapping, total defect density, and thermal voltage velocity of Shockley-Reid-Hall recombination increases the short-circuit current (JSC). Also, reduction of Auger recombination coefficient caused an increase in the filling factor (FF). The electrical properties of perovskite fiber solar cell after optimization including short circuit current (JSC) 15.188 mA/cm, open circuit voltage (VOC) 1.185 V, filling factor (FF) 76.198 %, and power conversion efficiency (PCE) 13.715%, which shows an increase in efficiency compared to the equivalent experimental work.

کلیدواژه‌ها English

Perovskite solar cell
Fiber
Modelling
Simulation
Drift-diffusion model
[1] Yang G, Yang W, Gu H, Fu Y, Wang B, Cai H, et al. Perovskite Solar Cell Powered Integrated Fuel Conversion and Energy Storage Devices. Adv Mater. 2023:e2300383.
[2] Xu Y, Lin Z, Wei W, Hao Y, Liu S, Ouyang J, et al. Recent Progress of Electrode Materials for Flexible Perovskite Solar Cells. Nanomicro Lett. 2022;14(1):117.
[3] Yang D, Yang R, Priya S, Liu SF. Recent Advances in Flexible Perovskite Solar Cells: Fabrication and Applications. Angew Chem Int Ed Engl. 2019;58(14):4466-83.
[4] Tonui P, Oseni SO, Sharma G, Yan Q, Tessema Mola G. Perovskites photovoltaic solar cells: An overview of current status. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018;91:1025-44.
[5] Wang R, Mujahid M, Duan Y, Wang ZK, Xue J, Yang Y. A Review of Perovskites Solar Cell Stability. Advanced Functional Materials. 2019;29(47).
[6] Lam J-Y, Chen J-Y, Tsai P-C, Hsieh Y-T, Chueh C-C, Tung S-H, et al. A stable, efficient textile-based flexible perovskite solar cell with improved washable and deployable capabilities for wearable device applications. RSC advances. 2017;7(86):54361-8.
[7] Qiu L, Deng J, Lu X, Yang Z, Peng H. Integrating perovskite solar cells into a flexible fiber. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(39):10425-8.
[8] Wang X, Kulkarni SA, Li Z, Xu W, Batabyal SK, Zhang S, et al. Wire-shaped perovskite solar cell based on TiO2 nanotubes. Nanotechnology. 2016;27(20):20LT01.
[9] Gholipour S, Correa‐Baena JP, Domanski K, Matsui T, Steier L, Giordano F, et al. Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells based on a Low‐Cost Carbon Cloth. Advanced Energy Materials. 2016;6(20).
[10] Mottaghitalab V, Skafi Z, Mivehi L, M Brown T. Perovskite Textile Solar Cells Containing Cu2ZnSnS4. Journal of Textile Science and Technology. 2024;13(2):46-63.
[11] Balilonda A, Li Q, Bian X, Jose R, Ramakrishna S, Zhu M, et al. Lead-free and electron transport layer-free perovskite yarns: Designed for knitted solar fabrics. Chemical Engineering Journal. 2021;410.
[12] He S, Qiu L, Fang X, Guan G, Chen P, Zhang Z, et al. Radically grown obelisk-like ZnO arrays for perovskite solar cell fibers and fabrics through a mild solution process. Journal of Materials Chemistry A. 2015;3(18):9406-10.
[13] Peng M, Zou D. Flexible fiber/wire-shaped solar cells in progress: properties, materials, and designs. Journal of Materials Chemistry A. 2015;3(41):20435-58.
[14] Balilonda A, Li Z, Fu Y, Zabihi F, Yang S, Huang X, et al. Perovskite fiber-shaped optoelectronic devices for wearable applications. Journal of Materials Chemistry C. 2022;10(18):6957-91.
[15] اردشیری م, صابری مطلق م, متقی طلب و. Effect of Oxygen Plasma on the Polyester Coating with Conical Copper Nanorods. علوم و فناوری نساجی و پوشاک. 2015;4(4):23-9.
[16] Xu L, Fu X, Liu F, Shi X, Zhou X, Liao M, et al. A perovskite solar cell textile that works at −40 to 160 °C. Journal of Materials Chemistry A. 2020;8(11):5476-83.
[17] Nazarian M, Peivandi P. Electromechanical Modeling of Woven Fabric Containing Metallic Filaments. Journal of Textile Science and Technology. 2012;2(3):151-9.
[18] Lee M, Ko Y, Jun Y. Efficient fiber-shaped perovskite photovoltaics using silver nanowires as top electrode. Journal of Materials Chemistry A. 2015;3(38):19310-3.
[19] Li R, Xiang X, Tong X, Zou J, Li Q. Wearable double-twisted fibrous perovskite solar cell. Adv Mater. 2015;27(25):3831-5.
[20] Qiu L, He S, Yang J, Deng J, Peng H. Fiber-Shaped Perovskite Solar Cells with High Power Conversion Efficiency. Small. 2016;12(18):2419-24.
[21] Wang Y, Bai S, Cheng L, Wang N, Wang J, Gao F, et al. High-Efficiency Flexible Solar Cells Based on Organometal Halide Perovskites. Adv Mater. 2016;28(22):4532-40.
[22] Qiu L, He S, Yang J, Jin F, Deng J, Sun H, et al. An all-solid-state fiber-type solar cell achieving 9.49% efficiency. Journal of Materials Chemistry A. 2016;4(26):10105-9.
[23] Hu H, Dong B, Chen B, Gao X, Zou D. High performance fiber-shaped perovskite solar cells based on lead acetate precursor. Sustainable Energy & Fuels. 2018;2(1):79-84.
[24] Dong B, Hu J, Xiao X, Tang S, Gao X, Peng Z, et al. High‐efficiency fiber‐shaped perovskite solar cell by vapor‐assisted deposition with a record efficiency of 10.79%. Advanced Materials Technologies. 2019;4(7):1900131.
[25] Xie F, Mei D, Qiu L, Su Z, Chen L, Liu Y, et al. High-Efficiency Fiber-Shaped Perovskite Solar Cells with TiO2/SnO2 Double-Electron Transport Layer Materials. Journal of Electronic Materials. 2023;52(7):4626-33.
[26] Xie Z, Chen S, Zhang S, Pei Y, Li L, Wu P. Enhanced performance of fiber-based perovskite solar cell achieved by multi-functional high polymer doping strategy. J Colloid Interface Sci. 2024;663:309-28.
[27] Saberi Motlagh M, Mottaghitalab V, Rismanchi A, Rafieepoor Chirani M, Hasanzadeh M. Performance modelling of textile solar cell developed by carbon fabric/polypyrrole flexible counter electrode. International Journal of Sustainable Energy. 2022;41(8):1106-26.
[28] Rismanchi A, Mottaghitalab V, Soleimani HR. The modelling and simulation of perovskite solar cell consisting textile-based electrodes. Results in Surfaces and Interfaces. 2023;10:100095.
[29] Tessler N, Vaynzof Y. Insights from Device Modeling of Perovskite Solar Cells. ACS Energy Letters. 2020;5(4):1260-70.
[30] Zaky AA, Elewa S, Alyahya S, Al-Dhaifallah M, Rezk H, Yousif B. Mitigation of Temperature Effects and Performance Enhancement of Perovskite Solar Cells Using Nano-Pyramids Grating. IEEE Access. 2023;11:36399-408.
[31] Xu M-F, Wu Z, Zhang Y, Zhu P-T, Xu T, Wang C-N, et al. Construction of ultrathin perovskite solar cells by different periodic structures. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2023;34(2):92.
[32] Eisa A, Abdalla TA, Ahmed AA. Model the effect of different Hole Transport Inorganic materials on performance of perovskite solar cells. 2024.
[33] Moradi A, Maleki M, Hosseini SR, Bahramgour M, Delibas N, Niaei A. Thermal modeling of perovskite solar cells: Electron and hole transfer layers effects. Optik. 2024;302:171683.
[34] Cardozo O, Farooq S, Kıymaz A, Farias P, Fraidenraich N, Stingl A, et al. Diffusion-enhanced efficiency of perovskite solar cells. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2024;35(12):1-12.
[35] Moshonas N, Stathopoulos NA, O'Connor BT, Bedeloglu AC, Savaidis SP, Vasiliadis S. Optical modeling of fiber organic photovoltaic structures using a transmission line method. Appl Opt. 2017;56(34):9351-8.
[36] Moshonas N, Stathopoulos NA, Pagiatakis G. Optical Modelling of Planar and Fibre Perovskite Solar Cells. Electronics. 2022;11(13).

  • تاریخ دریافت 15 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 06 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 06 شهریور 1403