Numerical Modelling of a Graphene and Molybdenite Solar Cell

Abstract

This thesis optimizes MoS2 thin-film solar cells (TFSCs) using detailed numerical simulations to enhance performance. It incorporates graphene as a window layer and evaluates non-toxic ETL (In2S3, SnS2, ZnSe) and HTL (WS2) materials. The study identifies ZnSe as the best ETL, achieving up to 28.54% efficiency with fluorine doped tin oxide (FTO) and 28.29% with graphene. A new hetero-structure (Al/Gr/ZnSe/MoS2/WS2/Ni) improves efficiency to 30.81%, reaching 33.42% with further optimization. Key factors for peak efficiency include controlling bulk defects, reducing absorber thickness, and selecting high-work function back-metal contacts.

Cette thèse optimise les cellules solaires à couche mince MoS2 (TFSCs) en utilisant des simulations numériques détaillées pour améliorer les performances. Elle intègre le graphène comme couche fenêtre et évalue les matériaux non toxiques pour le transport électronique (ETL) tels que In2S3, SnS2, ZnSe et pour le transport de trous (HTL) comme WS2. L'étude identifie ZnSe comme le meilleur ETL, atteignant une efficacité allant jusqu'à 28,54 % avec l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO) et 28,29 % avec le graphène. Une nouvelle hétérostructure (Al/Gr/ZnSe/MoS2 /WS2/Ni) améliore l'efficacité à 30,81 %, atteignant 33,42 % avec des optimisations supplémentaires. Les facteurs clés pour une efficacité maximale incluent le contrôle des défauts de masse, la réduction de l'épaisseur de l'absorbeur et la sélection de contacts métalliques arrière à haute fonction de travail.

تسعى هذه الدراسة إلى تحسين خاليا الشمسية الرقيقة من نوع (TFSCs)2MoS من خالل استخدام محاكات عددية مفصلة لتعزيز األداء. تتضمن الدراسة استخدام الجرافين كطبقة نافذة وتقييم المواد غير السامة لطبقة نقل اإللكترونات (ETL (مثل (ZnSe 2,SnS 3,S2In(، وطبقة نقل الثقوب (HTL (مثل 2WS. تحدد الدراسة ZnSe كأفضل مادة ETL، حيث تحقق كفاءة تصل إلى %28.54 مع أكسيد القصدير المطعَّم بالفلور (FTO) و%28.29 مع الجرافين. يُحسن الهيكل متعدد الطبقات الجديد (Ni2/WS2/MoS/ZnSe/Gr/Al )الكفاءة إلى ،%30.81 وتصل الكفاءة إلى %33.42 مع مزيد من التحسين. تشمل العوامل الرئيسية لتحقيق أقصى كفاءة التحكم في العيوب الكتلية، وتقليل سمك طبقة اإلمتصاص، واختيار أقطاب إتصال خلفية ذات دالة شغل عالية