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Soluciones analíticas para las propiedades corriente-voltaje de las PSCs y aproximación del circuito equivalente

Autores: Al Atem, Marc; Makableh, Yahia; Arnaout, Mohamad

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Soluciones analíticas para las propiedades corriente-voltaje de las PSCs y aproximación del circuito equivalente


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería General

Palabras clave

Perovskita
Células solares
PCE
Sin plomo
Estaño
Germanio
ETLs
Dióxido de titanio
óxido de zinc
Trióxido de tungsteno
Simulaciones SCAPS-1D
Comportamientos eléctricos
ópticos
Voltaje de circuito abierto
Corriente de cortocircuito
Punto de máxima potencia
Factor de llenado
Estabilidad térmica
Temperaturas ambiente.

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 37

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las células solares de perovskita han surgido como una tecnología fotovoltaica prometedora debido a su alta eficiencia de conversión de energía en aumento (PCE). Sin embargo, los desafíos relacionados con la inestabilidad térmica y la toxicidad de los materiales, especialmente en las perovskitas a base de plomo, hacen necesario investigar materiales alternativos y diseños estructurales. Este estudio investigó las características corriente-voltaje y potencia-voltaje de las PSCs libres de plomo basadas en estaño y germanio utilizando un modelo de circuito equivalente de dos diodos. La novedad de este trabajo se basó en la evaluación intensiva de tres capas de transporte de electrones (ETLs) diferentes -dióxido de titanio (TiO), óxido de zinc (ZnO) y trióxido de tungsteno (WO)- bajo diferentes condiciones de temperatura ambiente (5 grados C, 25 grados C y 55 grados C) para estudiar sus impactos en el rendimiento del dispositivo y la estabilidad térmica. Se utilizaron simulaciones SCAPS-1D para modelar los comportamientos eléctricos y ópticos de las estructuras de perovskita propuestas, y los resultados fueron validados mediante el uso del modelo de dos diodos. Los principales parámetros de rendimiento que se consideraron fueron la tensión de circuito abierto, la corriente de cortocircuito, el punto de máxima potencia y el factor de llenado. Los resultados mostraron que TiO fue mejor que ZnO y WO como ETL, logrando una PCE del 24.83% para las perovskitas basadas en estaño, y ZnO fue la mejor opción para las perovskitas basadas en germanio a 25 grados C, con una eficiencia que alcanzó ~15.39%. Los tres materiales ETL mostraron una alta estabilidad térmica al analizarlos a altas temperaturas ambiente de hasta 55 grados C.

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