محاكاة تأثير درجة الحرارة على الأداء الكهروضوئي لخلية شمسية ترادفية من البيروفسكايت/السيليكون باستخدام SCAPS-1D

الملخص

تعد درجة الحرارة من العوامل البيئية الرئيسية التي تؤثر في أداء الخلايا الشمسية، ولذلك فإن تقييم سلوك الخلايا الشمسية عند تغير درجات الحرارة يعد مهما لفهم طبيعة أدائها في ظروف التشغيل الفعلية. وتزداد أهمية ذلك في الخلايا الشمسية الترادفية، حيث يمكن للتفاعل بين طبقات أشباه الموصلات المختلفة أن يؤثر في الاستجابة الحرارية للجهاز ككل. وفي هذه الدراسة، تمت محاكاة خلية شمسية ترادفية ذات البنية FTO/TiO₂/n-MASnI₃/C-SiOx(n)/c-Si(p)/c-Si(p⁺) باستخدام برنامج SCAPS-1D. وقبل دراسة تأثير درجة الحرارة، تم تحسين سمك الطبقات وتركيزات التطعيم عدديا للوصول إلى تكوين مرجعي ذي أداء مرتفع. وحقق الجهاز المحسن كفاءة تحويل قدرة بلغت 27.60% عند 300 كلفن، مع جهد دائرة مفتوحة قدره 0.7788 فولت، وكثافة تيار دائرة قصيرة بلغت 41.84 مللي أمبير/سم²، وعامل تعبئة قدره 84.69%. بعد ذلك، تمت محاكاة التكوين المحسن عند درجات حرارة تراوحت من 300 إلى 360 كلفن بزيادة قدرها 10 كلفن، مع تحليل التغيرات في خصائص التيار-الجهد وخصائص إعادة التركيب، واستخدام الانحدار الخطي لمعالجة المعلمات الكهروضوئية المعتمدة على درجة الحرارة وحساب معاملات درجة الحرارة، تم توفير قياسا كميا لمعدل واتجاه تغير الأداء مع درجة الحرارة. بالإضافة إلى تقييم مدى خطية هذه التغيرات. أظهرت النتائج أن Jsc ازداد بصورة طفيفة، في حين انخفض كل من Voc وFF تدريجيا، مما أدى إلى انخفاض PCE إلى 23.47% عند 360 كلفن. وبلغت معاملات درجة الحرارة لكل من Jsc وVocوFF وPCE مقدار +0.0038% °C⁻¹، و−1.47 مللي فولت °C⁻¹، و−0.07055% °C⁻¹، و−0.2488% °C⁻¹، على التوالي. وتحدد هذه النتائج المعلمات المرتبطة بالجهد باعتبارها المساهم الرئيسي في انخفاض الأداء للجهاز المحاكى. نوصي بإجراء قياسات للاستقرار والأداء على المدى الطويل، لتقييم موثوقية الاستجابة الحرارية المحاكاة واستمرارية أداء الجهاز.