SCAPS simulation of novel inorganic ZrS2/CuO heterojunction solar cells

异质结 光伏 太阳能电池 带隙 光伏系统 材料科学 光电子学 载流子 纳米技术 电气工程 工程类
作者
Mahmoud Abdelfatah,Adel M. El Sayed,Walid Ismail,Stephan Ulrich,V. Sittinger,Abdelhamid El‐Shaer
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:50
标识
DOI:10.1038/s41598-023-31553-4
摘要

ZrS2 is transition metal dichalcogenides (TMDCs) which is believed one of the most talented applicants to fabricate photovoltaics. Therefore, we present here for the first-time numerical simulation of novel inorganic ZrS2/CuO heterojunction solar cells employing SCAPS-1D. The influence of the thickness, carrier concentration, and bandgap for both the window and absorber layers on the solar cell fundamental parameters was explored intensely. Our results reveal that the solar cell devices performance is mainly affected by many parameters such as the depletion width (Wd), built-in voltage (Vbi), collection length of charge carrier, the minority carrier lifetime, photogenerated current, and recombination rate. The η of 23.8% was achieved as the highest value for our simulated devices with the Voc value of 0.96 V, the Jsc value of 34.2 mA/cm2, and the FF value of 72.2%. Such efficiency was obtained when the CuO band gap, thickness, and carrier concentration were 1.35 eV, 5.5 µm, and above 1018 cm-3, respectively, and for the ZrS2 were 1.4 eV, 1 µm, and less than 1020 cm-3, respectively. Our simulated results indicate that the inorganic ZrS2/CuO heterojunction solar cells are promising to fabricate low-cost, large-scale, and high-efficiency photovoltaic devices.
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