Perovskit güneş hücreleri verimliliğine etki eden faktörlerin sayısal modellemesi ve karşılaştırılması
Numerical modeling and comparison of factors affecting perovskite solar cells efficiency
Yazar: HASAN MALLAHASAN
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM ONAY
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Enerji Kaynakları ve Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Güneş hücreleri = Solar cells ; Optimizasyon = Optimization ; Perovskitler = Perovskite ; Yeşil enerji = Green energy ; İki boyutlu benzeşim = Two dimensional simulation

Özet:
Son on yılda perovskit güneş hücrelerinin önemli ölçüde geliştirilmesi ve sıra dışı elektriksel ve optik özellikleri, dünya çapındaki araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Sadece kısa bir süre içinde perovskit fotovoltaikler, %25,7'lik çok yüksek verimlilik elde etmiş ve sonuç olarak fotovoltaik pazarının geleceğine umut verici olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, SCAPS-1D yazılımı kullanarak farklı yapılı perovskit güneş hücreleri simülasyonu yapılmış ve performansına etki eden faktörler incelenmiştir. Verimliliğe etki eden faktörlerden soğurucu tabakanın kalınlığı ve kusur yoğunluğu, seri ve şönt dirençler, perovskit enerji bant aralığı, ortam sıcaklığı, perovskit doping yoğunluğu, elektron taşıyıcı tabaka (ETL) ve boşluk taşıyıcı tabakanın (HTL) malzemeleri ve iletim bandı ofseti (CBO) ve değerlik bandı ofseti (VBO) incelenmiştir. Bununla birlikte, elde edilen sonuçlardan yararlanarak MAPbI3, FAPbI3 ve MASnI3 bazlı perovskit güneş hücrelerin veriminin iyileştirmesi için optimizasyon işlemi yapılmıştır. Simülasyonun son sonuçları toplam optimize ederek MAPbI3 için %29,7 ve FAPbI3 için ideal cihaz verimi %30,21 ve gerçekçi cihaz verimi %14,63 ve MASnI3 için ise %31,35 verim elde edilmiştir. Ayrıca, üç tip kurşun içeren ve dört tip kurşun içermeyen, toplamda yedi tip perovskit modellenme işlemi yapılmış, performans ve farklı faktörlerin etkisinin karşılaştırması incelenmiştir. Sonuç olarak incelenen simülasyonlar perovskit güneş hücrelerin verimini iyileştirmesi için olası işlemler önerilmiş olup sonraki laboratuvar denemeleri için model oluşturulmuştur.

Abstract:
The significant development of perovskite solar cells in the last decade and their extraordinary electrical and optical properties have attracted the attention of researchers around the world. In just a short time, perovskite photovoltaics achieved a very high efficiency of 25.7% and as a result emerged promising for the future of the photovoltaic market. In this study, using SCAPS-1D software, different structured perovskite solar cells simulation and factors affecting performance were investigated. The factors affecting the efficiency studied are the thickness of the absorber layer and the defect density, series and shunt resistors, perovskite energy band gap, ambient temperature, perovskite doping density, materials of the electron carrier layer (ETL) and hole carrier layer (HTL), and conduction band offset (CBO). and valence band offset (VBO). In addition, by utilizing the results obtained, an optimization process was carried out to improve the efficiency of MAPbI3, FAPbI3 and MASnI3 based perovskite solar cells. By optimizing the final results of the simulation, 29.7% for MAPbI3, ideal device efficiency of 30.21%, realistic device efficiency of 14.63% for FAPbI3, and 31.35% for MASnI3 were obtained. In addition, a total of seven types of perovskites modeling processes, including three types of lead and four types of lead-free, were performed and the comparison of the effects of different factors and performance was examined. As a result, the simulations examined have been proposed for possible processes to improve the efficiency of perovskite solar cells and can be a guide for subsequent laboratory experiments.