اثر آرایه تناوبی نانوکامپوزیت‌های طلا بر بهره‌وری سلول‌های خورشیدی پروسکایت دوگانه بدون سرب

در این مقاله، یک سلول خورشیدی پروسکایت دوگانه بدون سرب مورد مطالعۀ عددی قرار گرفته است و اثر آرایه‌های تناوبی نانوذرات کروی طلای پوشش داده شده با نانو میله‌های سیلیکا و تیتانیا روی کارایی سلول خورشیدی مطالعه شده و با اثر آرایۀ نانوذرات طلای خالص مقایسه شده است. ساختار سلول خورشیدی پروسکایت پیشنهادی به صورت p-i-n بوده و معماری آن به صورتito/pedot: pss/ cs2agbibr6/ tio2/ag است. در این مطالعه از روش تفاضل المان محدود در حوزه زمانی سه بعدی با استفاده از ماژول fdtd پکیج نرم‌افزاری ansys-lumerical استفاده شده است. این مطالعه در محدوۀ طول موج نور فرابنفش، 300 نانومتر تا مادون قرمز نزدیک، 1100 نانومتر انجام شده و طیف جذب نور، شدت میدان الکتریکی، نرخ تولید زوج الکترون- حفره، چگالی جریان اتصال کوتاه و جریان خروجی از سلول خورشیدی محاسبه گردیده است. در این تحقیق مشاهده شد که تاثیر au@tio2 در افزایش کارایی سلول خورشیدی بیشتر از بقیه نانوذرات است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که به کار بردن نانوذرات au@tio2 باعث افزایش 17.8% جریان الکتریکی خروجی از سلول و افزایش 17.85% جریان اتصال کوتاه می‌شود. همچنین وجود این نانوذرات سبب افزایش 100 برابری ماکزیمم نرخ تولید الکترون- حفره شده است. این افزایش کارایی می‌تواند به دلیل میدان نزدیک پلاسمونی و نوع پراکندگی امواج از طریق این ذرات باشد. همچنین با تغییر مکان نانو آرایه au@sio2 در قسمت بالایی، میانی و پایینی لایه پروسکایت، تاثیر مکان نانوذرات بر روی کارایی سلول‌های خورشیدی مطالعه شد. 

the effect of au nanocomposites periodic array on the efficiency of lead-free double perovskite solar cells

in this work, a lead-free double perovskite solar cell has been investigated and the effect of a periodic array of spherical au nanoparticles coated with silica (au@sio2) and titania (au@tio2) nanorod has been studied and compared to the effect of bare au nanoparticles. we propose a p-i-n perovskite solar cell with architecture ito/pedot:pss/ cs2agbibr6/ tio2/ ag. in this study, three-dimensional finite-difference time-domain method utilizing fdtd module of ansys-lumerical software has been used and the wavelength range is from ultraviolet, 300nm to near-infrared (nir), 1100 nm. the effect of these nanoparticles on light absorption, electric field intensity, short-circuit current density, generation rate, and current from the simulation device has been investigated. the results show that the effect of au@tio2 on the efficiency enhancement of solar cells is higher than other nanoparticles. in addition, the current from the simulation device increases by 17.8%, short-circuit current density is enhanced by 17.85%, and the maximum generation rate grows 100 times. this result is due to the plasmonic near-field of nanoparticles and light scattering from them. moreover, the place of au@sio2 periodic array has been changed and the effect of nanoparticles’ location inside the perovskite layer has been investigated.