Eficiencia Mejorada de Celdas Solares CZTS con Capas de Óxido de Grafeno Reducido y Dióxido de Titanio: Un Estudio de Simulación SCAPS
Autores: Fatihi, Dounia; Tseberlidis, Giorgio; Trifiletti, Vanira; Binetti, Simona; Isotta, Eleonora; Scardi, Paolo; Kamal, Abderrafi; Adhiri, R"hma; Ataollahi, Narges
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Eficiencia Mejorada de Celdas Solares CZTS con Capas de Óxido de Grafeno Reducido y Dióxido de Titanio: Un Estudio de Simulación SCAPS
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Cobre
Zinc
Estaño
Sulfuro
Celdas solares
Eficiencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Las celdas solares de sulfuro de cobre, zinc y estaño (comúnmente conocidas como CZTS) están ganando atención como una tecnología prometedora para la generación sostenible de electricidad debido a su rentabilidad, disponibilidad de materiales y ventajas ambientales. El objetivo de este estudio es mejorar el rendimiento de las celdas solares CZTS añadiendo una capa de campo de superficie trasera (BSF). Se utilizó un software simulador de capacitancia de celdas solares (SCAPS) para examinar tres configuraciones diferentes. Otra opción es reemplazar la capa de buffer de sulfuro de cadmio (CdS) con una capa de dióxido de titanio (TiO). Los resultados demuestran que la capa BSF de óxido de grafeno reducido (rGO) aumenta la eficiencia de conversión en un 25.68% y mejora significativamente el factor de llenado, atribuido a la reducción de la recombinación de portadores y la creación de un contacto cuasi-ohmico en la interfaz entre el metal y el semiconductor. Además, reemplazar la capa de buffer de CdS con TiO ofrece posibles ganancias de eficiencia y mitiga las preocupaciones ambientales asociadas con la toxicidad del CdS. Los resultados de esta investigación podrían mejorar la eficiencia y viabilidad de las celdas solares CZTS para futuras aplicaciones energéticas. Sin embargo, se observa que las capas BSF pueden volverse menos efectivas a temperaturas elevadas debido al aumento de la recombinación, lo que lleva a una reducción en la vida útil de los portadores. Este estudio subraya valiosos conocimientos sobre la optimización del rendimiento de las celdas solares CZTS a través de elecciones avanzadas de materiales, destacando los beneficios duales de una mayor eficiencia y un menor impacto ambiental.
Descripción
Las celdas solares de sulfuro de cobre, zinc y estaño (comúnmente conocidas como CZTS) están ganando atención como una tecnología prometedora para la generación sostenible de electricidad debido a su rentabilidad, disponibilidad de materiales y ventajas ambientales. El objetivo de este estudio es mejorar el rendimiento de las celdas solares CZTS añadiendo una capa de campo de superficie trasera (BSF). Se utilizó un software simulador de capacitancia de celdas solares (SCAPS) para examinar tres configuraciones diferentes. Otra opción es reemplazar la capa de buffer de sulfuro de cadmio (CdS) con una capa de dióxido de titanio (TiO). Los resultados demuestran que la capa BSF de óxido de grafeno reducido (rGO) aumenta la eficiencia de conversión en un 25.68% y mejora significativamente el factor de llenado, atribuido a la reducción de la recombinación de portadores y la creación de un contacto cuasi-ohmico en la interfaz entre el metal y el semiconductor. Además, reemplazar la capa de buffer de CdS con TiO ofrece posibles ganancias de eficiencia y mitiga las preocupaciones ambientales asociadas con la toxicidad del CdS. Los resultados de esta investigación podrían mejorar la eficiencia y viabilidad de las celdas solares CZTS para futuras aplicaciones energéticas. Sin embargo, se observa que las capas BSF pueden volverse menos efectivas a temperaturas elevadas debido al aumento de la recombinación, lo que lleva a una reducción en la vida útil de los portadores. Este estudio subraya valiosos conocimientos sobre la optimización del rendimiento de las celdas solares CZTS a través de elecciones avanzadas de materiales, destacando los beneficios duales de una mayor eficiencia y un menor impacto ambiental.