KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji / 2026 / Cilt: 14 Sayı: 3

SCAPS-1D Kullanılarak GeSe/Sb2Se3 Çift Soğurucu Katmanlı İnce Film Güneş Hücresinin Sayısal İncelenmesi ve Optimizasyonu

Numerical Investigation and Optimization of a GeSe/Sb2Se3 Double Absorber Layer Thin-Film Solar Cell Using SCAPS-1D

Ayşenur Gencer(KARAMANOGLU MEHMETBEY UNIVERSITY)0000-0003-2574-3516
Sayfa
1437–1451
Yayın Tarihi
2026-09-30
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Analiz, GeSe/Sb2Se3 arayüz kusur yoğunluğunun cihaz performansını belirleyen birincil faktör olduğunu ortaya koymuştur; bu yoğunluğun 1012’den 1010 cm-2’ye düşürülmesi Voc değerini 0,82 V’den 1,05 V’ye önemli ölçüde artırmıştır.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, FTO/SnS2/GeSe/Sb2Se3/NiOx/Au yapısına sahip çift soğurucu katmanlı ince film güneş hücresi SCAPS-1D simülatörü kullanılarak tasarlanmış ve sayısal olarak optimize edilmiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Cihaz, toksik olmayan ve doğada bol bulunan soğurucu malzemeler (GeSe ve Sb2Se3), elektron taşıma katmanı olarak SnS2 ve delik taşıma katmanı olarak NiOx kullanmaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:Analiz, GeSe/Sb2Se3 arayüz kusur yoğunluğunun cihaz performansını belirleyen birincil faktör olduğunu ortaya koymuştur; bu yoğunluğun 1012’den 1010 cm-2’ye düşürülmesi Voc değerini 0,82 V’den 1,05 V’ye önemli ölçüde artırmıştır.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:İnce film güneş hücresi · çift soğurucu katman · kurşun içermeyen

Özet

Bu çalışmada, FTO/SnS2/GeSe/Sb2Se3/NiOx/Au yapısına sahip çift soğurucu katmanlı ince film güneş hücresi SCAPS-1D simülatörü kullanılarak tasarlanmış ve sayısal olarak optimize edilmiştir. Cihaz, toksik olmayan ve doğada bol bulunan soğurucu malzemeler (GeSe ve Sb2Se3), elektron taşıma katmanı olarak SnS2 ve delik taşıma katmanı olarak NiOx kullanmaktadır. Her fonksiyonel katmanın kalınlığı, kusur yoğunluğu ve katkılama konsantrasyonu üzerinde sistematik bir parametrik çalışma gerçekleştirilmiştir. Optimize edilmemiş başlangıç cihazı, %20,70 güç dönüşüm verimliliği (PCE), 0,82 V açık devre gerilimi (Voc), 40,64 mA/cm2 kısa devre akım yoğunluğu (Jsc) ve %62,12 doluluk faktörü (FF) değerleri vermiştir. Analiz, GeSe/Sb2Se3 arayüz kusur yoğunluğunun cihaz performansını belirleyen birincil faktör olduğunu ortaya koymuştur; bu yoğunluğun 1012’den 1010 cm-2’ye düşürülmesi Voc değerini 0,82 V’den 1,05 V’ye önemli ölçüde artırmıştır. Tüm parametrelerin optimize edilmesiyle, standart AM 1.5G aydınlatma koşullarında 300 K’de teorik olarak %29,69 PCE (Voc = 1,05 V, Jsc = 41,57 mA/cm2, FF = %67,96) elde edilmiş; seri (3 Ω·cm2) ve şönt (1000 Ω·cm2) dirençlerinin dahil edilmesiyle daha gerçekçi bir PCE değeri olan %24,84’e ulaşılmıştır. Bu sonuçlar, önerilen heteroyapının gelecek nesil kurşunsuz ince film fotovoltaikler için umut verici bir aday olduğunu göstermektedir.

Abstract

In this study, a novel FTO/SnS2/GeSe/Sb2Se3/NiOx/Au double absorber layer thin-film solar cell is designed and numerically optimized using the SCAPS-1D simulator. The device employs earth-abundant, non-toxic absorber materials (GeSe and Sb2Se3) with favorable optoelectronic properties, SnS2 as the electron transport layer, and NiOx as the hole transport layer. A systematic parametric study is performed on the thickness, defect density, and doping concentration of each functional layer to identify the dominant performance-limiting factors. The non-optimized baseline device yields a power conversion efficiency (PCE) of 20.70%, with an open-circuit voltage (Voc) of 0.82 V, a short-circuit current density (Jsc) of 40.64 mA/cm2, and a fill factor (FF) of 62.12%. The analysis reveals that the GeSe/Sb2Se3 interface defect density is the primary factor governing device performance; reducing it from 1012 to 1010 cm-2 significantly enhances Voc from 0.82 V to 1.05 V. The fully optimized device achieves a theoretical PCE of 29.69% (Voc = 1.05 V, Jsc = 41.57 mA/cm2, FF = 67.96%) under standard AM 1.5G illumination at 300 K, while incorporating series (3 Ω·cm2) and shunt (1000 Ω·cm2) resistances yields a more realistic PCE of 24.84%. These results demonstrate that the proposed heterostructure is a promising candidate for next-generation lead-free thin-film photovoltaics.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Gencer, A. (2026). SCAPS-1D Kullanılarak GeSe/Sb2Se3 Çift Soğurucu Katmanlı İnce Film Güneş Hücresinin Sayısal İncelenmesi ve Optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, Cilt: 14 Sayı: 3, 1437–1451. https://doi.org/10.29109/gujsc.1994416

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (24)

  1. Adeyinka AM, Mbelu O V., Adediji YB, Yahya DI. A Review of Current Trends in Thin Film Solar Cell Technologies. International Journal of Energy and Power Engineering 2023;17:1–10.
  2. Saparov B. Next Generation Thin-Film Solar Absorbers Based on Chalcogenides. Chem Rev 2022;122:10575–7. https://doi.org/10.1021/ACS.CHEMREV.2C00346.
  3. Kumar P, Khan MQ, Suganthi S, Ahmad K, Oh TH. Progress in Sb2Se3 and Sb2S3-Based Solar Cells: SCAPS-1D and Experimental Investigations. ChemistrySelect 2025;10:e202404430. https://doi.org/10.1002/SLCT.202404430.
  4. Lai C-K;, Lin Y-C, Lai C-K, Lin Y-C. Numerical Investigation and Device Architecture Optimization of Sb2Se3 Thin-Film Solar Cells Using SCAPS-1D. Materials 2024, Vol 17, Page 6203 2024;17:6203. https://doi.org/10.3390/MA17246203.
  5. Kumari R, Mamta M, Kumar R, Singh Y, Singh VN. 24% Efficient, Simple ZnSe/Sb2Se3 Heterojunction Solar Cell: An Analysis of PV Characteristics and Defects. ACS Omega 2023;8:1632–42. https://doi.org/10.1021/ACSOMEGA.2C07211
  6. Huang ZP, Chen YX, Huang ZH, Lin WW, Mao Y, Lin LM, et al. Simulation of highly efficient GeSe-based solar cells with SCAPS-1D. Heliyon 2023;9:e18776. https://doi.org/10.1016/J.HELIYON.2023.E18776.
  7. Mishra HS, Mohanty I, Biswal L, Mangal S, Sk M, Das Pattanayak M. DFT-Guided SCAPS-1D Simulation of Single vs. Double Absorber Layer CsGeI3/CsGeI2Br Perovskite Solar Cells. J Inorg Organomet Polym Mater 2025;35:9796–812. https://doi.org/10.1007/S10904-025-03896-0.
  8. Ghosh A, Islam Buian MF, Maniruzzaman M, Hossain MM, Azad AK, Miazee AA, et al. Numerical analysis and device modelling of a lead-free Sr3PI3/Sr3SbI3 double absorber solar cell for enhanced efficiency. RSC Adv 2024;14:26437–56. https://doi.org/10.1039/D4RA05079G.
  9. Çetinkaya S, Yıldırımcan S. SCAPS-1D ile tamamen inorganik bazlı çift emilim katmanlı CsPbI₃/MoS₂ heteroeklemli perovskit güneş pillerinin tasarım ve optimizasyon çalışması. Journal of Physics and Chemistry of Solids 2024;195:112274. https://doi.org/10.1016/J.JPCS.2024.112274.
  10. El-Naggar AA, Eid AM, Rafat Y, Khamis MA, Bakry M, Elkun S, et al. SCAPS simulation and design of highly efficient CuBi2O4-based thin-film solar cells (TFSCs) with hole and electron transport layers. Scientific Reports 2025 15:1 2025;15:28300-. https://doi.org/10.1038/s41598-025-12091-7.
  11. Sk M. Optimization of efficiency of CsPbI2Br by using different electron transport and hole transport layers: A DFT and SCAPS-1D simulation. Micro and Nanostructures 2025;197:208024. https://doi.org/10.1016/J.MICRNA.2024.208024.
  12. Jahan N, Ghosh A, Ahmed F, Buian MFI, Ali MY, Miazee AA, et al. A comparative study of CuO based solar cell with ZnTe HTL and SnS2 ETL using SCAPS 1D simulation. Journal of Optics (India) 2025;54:952–64. https://doi.org/10.1007/S12596-024-01800-6.
  13. Li S, Cao YL, Li WH, Bo ZS. A brief review of hole transporting materials commonly used in perovskite solar cells. Rare Metals 2021 40:10 2021;40:2712–29. https://doi.org/10.1007/S12598-020-01691-Z.
  14. Burgelman M, Decock K, Khelifi S, Abass A. Advanced electrical simulation of thin film solar cells. Thin Solid Films 2013;535:296–301. https://doi.org/10.1016/J.TSF.2012.10.032.
  15. Decock K, Zabierowski P, Burgelman M. Modeling metastabilities in chalcopyrite-based thin film solar cells. J Appl Phys 2012;111. https://doi.org/10.1063/1.3686651.
  16. Burgelman M, Nollet P, Degrave S. Modelling polycrystalline semiconductor solar cells. Thin Solid Films 2000;361–362:527–32. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00825-1.
  17. Zari R, Korir BK, Riouchi N, Garmim T, Elmelouky A, Elmostafa E, et al. Optimization of p-SnS/n-CdS heterojunction solar cells via impedance spectroscopy and SCAPS modeling: impact of doping, thickness, and series resistance. RSC Adv 2026;16:9923–41. https://doi.org/10.1039/D5RA09139J.
  18. Reza MS, Rahman MF, Reza MS, Islam MR, Rehman UU, Chaudhry AR, et al. Rubidium based new lead free high performance perovskite solar cells with SnS2 as an electron transport layer. Mater Today Commun 2024;39:108714. https://doi.org/10.1016/J.MTCOMM.2024.108714.
  19. Sarker MS, Piya MI, Fahim SR, Hasan MK, Mamur H, Bhuiyan MRA. Optimizing the performance of CH3NH3SnBr3–based PSCs with SCAPS-1D and machine learning techniques. Chemistry of Inorganic Materials 2026;9:100153. https://doi.org/10.1016/J.CINORG.2026.100153.
  20. Merad F, Kanoun AA, Goumri-Said S, Kanoun MB. Performance optimization of CIGS thin-film solar cells via charge transport layer engineering: SCAPS-1D simulations coupled with machine learning. Results in Surfaces and Interfaces 2026;23:100813. https://doi.org/10.1016/J.RSURFI.2026.100813.
  21. Reza MS, Rahman MF, Kuddus A, Mohammed MKA, Al-Mousoi AK, Islam MR, et al. Boosting efficiency above 28% using effective charge transport layer with Sr3SbI3 based novel inorganic perovskite. RSC Adv 2023;13:31330–45. https://doi.org/10.1039/D3RA06137J.
  22. Baig F, Khattak YH, Beg S, Soucase BM. Numerical analysis of a novel CNT/Cu2O/Sb2Se3/In2S3/ITO antimony selenide solar cell. Optik (Stuttg) 2019;197:163107. https://doi.org/10.1016/J.IJLEO.2019.163107.
  23. Keighobadi D, Mousavi-Kamazani M, Danaie M. Optimizing Sb2Se3 solar cells with CdIn2S4 buffer for high-efficiency and stability: a comprehensive analysis. Mater Des 2026;265:115912. https://doi.org/10.1016/J.MATDES.2026.115912.
  24. Tarak T, Khare A. Interface analysis and performance optimization of SnS₂/Sb₂S₃ thin-film solar cells using SCAPS-1D package. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 2026;37:1056-. https://doi.org/10.1007/S10854-026-17463-X.