Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії
Kesterite Cu2ZnSnS4 (CZTS) is among the most promising absorber materials for thin-film solar cells due to its direct bandgap (1.1–1.5 eV), high absorption coefficient (>104 cm−1), earth abundance, non-toxicity, and low production cost. Despite these advantages, the efficiency of CZTS-bas...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Publishing house "Academperiodika"
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023946 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Репозитарії
Ukrainian Journal of Physics| _version_ | 1865214159201763328 |
|---|---|
| author | Zebach, M. Hemmani, A. Khachab, H. |
| author_facet | Zebach, M. Hemmani, A. Khachab, H. |
| author_sort | Zebach, M. |
| baseUrl_str | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-11T07:35:00Z |
| description | Kesterite Cu2ZnSnS4 (CZTS) is among the most promising absorber materials for thin-film solar cells due to its direct bandgap (1.1–1.5 eV), high absorption coefficient (>104 cm−1), earth abundance, non-toxicity, and low production cost. Despite these advantages, the efficiency of CZTS-based devices remains limited by secondary phase formation, electronic defects, and fabrication instability. In this work, a numerical model for a bifacial CZTS thinfilm solar cell is developed using a self-consistent Poisson–drift–diffusion framework implemented in MATLAB/Simulink. By optimising the absorber and buffer layer thicknesses, a maximum power conversion efficiency (PCE) of 19.66% is achieved for a bifacial CZTS device with a 4 μm absorber and a 10 nm CdS buffer layer. This result exceeds reported experimental efficiencies for comparable CZTS heterojunctions (approximately 15.8%) while remaining below the Shockley–Queisser theoretical limit of 32.4%. The findings highlight the potential of bifacial CZTS architectures as an effective strategy for enhancing photovoltaic performance. |
| doi_str_mv | 10.15407/ujpe71.5.469 |
| first_indexed | 2026-05-15T01:00:38Z |
| format | Article |
| id | ujp2-article-2023946 |
| institution | Ukrainian Journal of Physics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-05-15T01:00:38Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Publishing house "Academperiodika" |
| record_format | ojs |
| spelling | ujp2-article-20239462026-05-11T07:35:00Z Performance Optimisation of Bifacial CZTS Thin-Film Solar Cells to Achieve Maximum Power Conversion Efficiency Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії Zebach, M. Hemmani, A. Khachab, H. сонячнi елементи CZTS тонкi плiвки двобiчна фотоелектрична система числове моделювання гетероперехiд CZTS solar cells thin films bifacial photovoltaics numerical simulation heterojunction Kesterite Cu2ZnSnS4 (CZTS) is among the most promising absorber materials for thin-film solar cells due to its direct bandgap (1.1–1.5 eV), high absorption coefficient (>104 cm−1), earth abundance, non-toxicity, and low production cost. Despite these advantages, the efficiency of CZTS-based devices remains limited by secondary phase formation, electronic defects, and fabrication instability. In this work, a numerical model for a bifacial CZTS thinfilm solar cell is developed using a self-consistent Poisson–drift–diffusion framework implemented in MATLAB/Simulink. By optimising the absorber and buffer layer thicknesses, a maximum power conversion efficiency (PCE) of 19.66% is achieved for a bifacial CZTS device with a 4 μm absorber and a 10 nm CdS buffer layer. This result exceeds reported experimental efficiencies for comparable CZTS heterojunctions (approximately 15.8%) while remaining below the Shockley–Queisser theoretical limit of 32.4%. The findings highlight the potential of bifacial CZTS architectures as an effective strategy for enhancing photovoltaic performance. Кестерит Cu2ZnSnS4 (CZTS) є одним з найперспективнiших поглинальних матерiалiв для тонкоплiвкових сонячних елементiв завдяки своєму прямозонному переходу (1,1–1,5 еВ), високому коефiцiєнту поглинання (>104 см−1), поширеностi на Землi, нетоксичностi та низькiй вартостi виробництва. Незважаючи на цi переваги, ефективнiсть пристроїв на основi CZTS залишається обмеженою утворенням вторинної фази, електронними дефектами та нестабiльнiстю виготовлення. У цiй роботi розроблено числову модель для двобiчного тонкоплiвкового сонячного елемента CZTS з використанням самоузгодженого методу пуассонiвського дрейфу-дифузiї, реалiзованої в MATLAB/Simulink. Шляхом оптимiзацiї товщини поглинача та буферного шару досягнуто максимальної ефективностi перетворення енергiї (PCE) 19,66% для двобiчного CZTS пристрою з поглиначем товщиною 4 мкм та буферним шаром CdS товщиною 10 нм. Цей результат перевищує зареєстрованi експериментальнi показники ефективностi для подiбних гетеропереходiв CZTS (приблизно 15,8%), залишаючись при цьому нижчим за теоретичну межу Шоклi–Квайссера 32,4%. Отриманi результати пiдкреслюють потенцiал двобiчних архiтектур CZTS як ефективної стратегiї покращення фотоелектричних характеристик сонячних елементiв. Publishing house "Academperiodika" 2026-05-11 Article Article Original Research Article (peer-reviewed) Оригінальна дослідницька стаття (з незалежним рецензуванням) application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023946 10.15407/ujpe71.5.469 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 71 No. 5 (2026); 469 Український фізичний журнал; Том 71 № 5 (2026); 469 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe71.5 en https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023946/3508 Copyright (c) 2026 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| spellingShingle | сонячнi елементи CZTS тонкi плiвки двобiчна фотоелектрична система числове моделювання гетероперехiд Zebach, M. Hemmani, A. Khachab, H. Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| title | Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| title_alt | Performance Optimisation of Bifacial CZTS Thin-Film Solar Cells to Achieve Maximum Power Conversion Efficiency |
| title_full | Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| title_fullStr | Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| title_full_unstemmed | Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| title_short | Оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів CZTS для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| title_sort | оптимізація продуктивності двобічних тонкоплівкових сонячних елементів czts для досягнення максимальної ефективності перетворення енергії |
| topic | сонячнi елементи CZTS тонкi плiвки двобiчна фотоелектрична система числове моделювання гетероперехiд |
| topic_facet | сонячнi елементи CZTS тонкi плiвки двобiчна фотоелектрична система числове моделювання гетероперехiд CZTS solar cells thin films bifacial photovoltaics numerical simulation heterojunction |
| url | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2023946 |
| work_keys_str_mv | AT zebachm performanceoptimisationofbifacialcztsthinfilmsolarcellstoachievemaximumpowerconversionefficiency AT hemmania performanceoptimisationofbifacialcztsthinfilmsolarcellstoachievemaximumpowerconversionefficiency AT khachabh performanceoptimisationofbifacialcztsthinfilmsolarcellstoachievemaximumpowerconversionefficiency AT zebachm optimízacíâproduktivnostídvobíčnihtonkoplívkovihsonâčnihelementívcztsdlâdosâgnennâmaksimalʹnoíefektivnostíperetvorennâenergíí AT hemmania optimízacíâproduktivnostídvobíčnihtonkoplívkovihsonâčnihelementívcztsdlâdosâgnennâmaksimalʹnoíefektivnostíperetvorennâenergíí AT khachabh optimízacíâproduktivnostídvobíčnihtonkoplívkovihsonâčnihelementívcztsdlâdosâgnennâmaksimalʹnoíefektivnostíperetvorennâenergíí |