ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЛЬНОЇ ГЕТЕРОСТРУКТУРИ CUO/POROUS-SI/SI
Ключові слова:
гетероструктури CuO/Si, поруватий шар, електричне поле, Matlab, фотоелектричне перетворення, діелектрична проникність
Анотація
У статті проведено чисельне моделювання в середовищі Matlab електричних характеристик гетероструктур CuO/porous-Si/Si та CuO/Si на основі рівняння Пуассона. Проаналізовано розподіл електростатичного потенціалу й електричного поля, визначено вплив поруватого шару та діелектричних властивостей матеріалів на ефективність переносу носіїв заряду. Встановлено, що включення поруватого шару сприяє більш плавному спаду потенціалу, покращує поділ носіїв заряду та мінімізує рекомбінаційні втрати. Досліджено залежність електричних параметрів від товщини шару CuO та діелектричної проникності поруватого кремнію. Оптимальна товщина CuO визначається в межах 200–300 нм для балансу між поглинанням світла і транспортом носіїв заряду. Практична цінність роботи полягає в обґрунтуванні оптимальних параметрів для створення ефективних сонячних елементів.
Посилання
1. Yigit Gezgin S., Baturay Ş., Ozaydin C., & Kilic H.S. Experimental and Theoretical Investigation of Zr‐ Doped CuO/Si Solar Cell. Physica Status Solidi (A). 2024. Vol. 221 (14). P. 2400112. https://doi.org/10.1002/pssa.202400112
2. Kotbi A., Lejeune M., Barroy P., Alaoui I.H., Zeinert A., & Jouiad, M. High photovoltaic performances of a p-CuO/n-Si heterojunction prepared by a simple fabrication method. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2025. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s10971-025-06699-4
3. Song H. J., Seo M. H., Choi K. W., Jo M. S., Yoo J. Y., Yoon J. B. High-Performance Copper Oxide Visible- Light Photodetector via Grain-Structure Model. Scientific Reports. 2019. Vol. 9 (1). P. 7334. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43667-9
4. Wong T. K. S., Zhuk S., Masudy-Panah S., Dalapati G. K. Current Status and Future Prospects of Copper Oxide Heterojunction Solar Cells. Materials (Basel). 2016. Vol. 9 (4). P. 271. https://doi.org/10.3390/ma9040271
5. Wang Y., Lany S., Ghanbaja J., Fagot-Revurat Y., Chen Y. P., Soldera F., Horwat D., Mucklich F., & Pierson J. F. Electronic structures of Cu2O, Cu4O3, and CuO: A joint experimental and theoretical study. Physical Review B. 2016. Vol. 94 (24). P. 245418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.245418
6. Abdel-Wahab M. S., Hammad A. H., Jilani A., Alshahrie A., Melaibari A. A. Improvement the morphology, surface roughness, and some physical properties of sputtered CuO thin films by Si. Optical and Quantum Electronics. 2021. Vol. 53 (7). P. 374. https://doi.org/10.1007/s11082-021-03039-y
7. Hassan M. A., Mohsin M. H., & Ismail R. A. Preparation of high-responsivity strontium–doped CuO/Si heterojunction photodetector by spray pyrolysis. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2023. Vol. 34 (10). P. 912. https://doi.org/10.1007/s10854-023-10348-3
8. Alkhayatt A. H. O., Jaafer M. D., Al Alak H. H. A., & Ali A. H. Characterization of CuO/n–Si pn junction synthesized by successive ionic layer adsorption and reaction method. Optical and Quantum Electronics. 2019. Vol. 51. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s11082-019-1951-4
9. Dyadenchuk A., Domina N., Oleksenko R. Simulation of Solar Element Characteristics Based on Porous Silicon. 2022 IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine. 2022. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/MEES58014.2022.10005773
10. Dzhafarov T., Bayramov A. Porous silicon and solar cells. Handbook of Porous Silicon: Second Edition. 2018. Vol. 2 (2). P. 1479–1492. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71381-6_95
11. Дмитрук М. Л., Барлас Т. Р., Сердюк В. О. Пористі напівпровідники А3В5: технологія електрохімічного пороутворення, структура та оптичні властивості (Огляд). Фізика і хімія твердого тіла. 2010. T. 11 (1). C. 13–33.
12. Dyadenchuk A. F., Oleksenko R. I. Simulation photoconverters of porous-Si/Si with different anti-reflective coatings. International Journal of Mathematics and Physics. 2023. Vol. 14 (2). P. 89–94. https://doi.org/10.26577/ijmph.2023.v14.i2.010
13. Faltakh H., Bourguiga R., Rabha M. B., Bessais B. Simulation and optimization of the performance of multicrystalline silicon solar cell using porous silicon antireflection coating layer. Superlattices and Microstructures. 2014. Vol. 72. P. 283–295. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2014.04.011
14. Banerjee M., Dutta S.K., Gangopadhyay U., Majumdar D., & Saha H. Modeling and simulation of layer- transferred thin silicon solar cell with quasi monocrystalline porous silicon as active layer. Solid-state electronics. 2005. Vol. 49 (8). P. 1282–1291. https://doi.org/10.1016/j.sse.2005.06.019
15. Монастирський Л. С., Оленич І. Б., Соколовський Б. С. Моделювання розподілу електростатичного потенціялу у поруватому кремнії. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2019. T. 17 (3). C. 519–528.
16. Ушенін Ю. В., Христосенко Р. В., Самойлов А. В., Громовой Ю. С., Каганович Е. Б., Манойлов Е. Г.,... Снопок Б. А. Тонкі плівки пористого оксиду алюмінію, одержані імпульсним лазерним осадженням, для поверхневих плазмон-поляритонних сенсорних структур. Фізика і хімія твердого тіла. 2012. T. 13, № 1. C. 259–264.
2. Kotbi A., Lejeune M., Barroy P., Alaoui I.H., Zeinert A., & Jouiad, M. High photovoltaic performances of a p-CuO/n-Si heterojunction prepared by a simple fabrication method. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2025. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s10971-025-06699-4
3. Song H. J., Seo M. H., Choi K. W., Jo M. S., Yoo J. Y., Yoon J. B. High-Performance Copper Oxide Visible- Light Photodetector via Grain-Structure Model. Scientific Reports. 2019. Vol. 9 (1). P. 7334. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43667-9
4. Wong T. K. S., Zhuk S., Masudy-Panah S., Dalapati G. K. Current Status and Future Prospects of Copper Oxide Heterojunction Solar Cells. Materials (Basel). 2016. Vol. 9 (4). P. 271. https://doi.org/10.3390/ma9040271
5. Wang Y., Lany S., Ghanbaja J., Fagot-Revurat Y., Chen Y. P., Soldera F., Horwat D., Mucklich F., & Pierson J. F. Electronic structures of Cu2O, Cu4O3, and CuO: A joint experimental and theoretical study. Physical Review B. 2016. Vol. 94 (24). P. 245418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.245418
6. Abdel-Wahab M. S., Hammad A. H., Jilani A., Alshahrie A., Melaibari A. A. Improvement the morphology, surface roughness, and some physical properties of sputtered CuO thin films by Si. Optical and Quantum Electronics. 2021. Vol. 53 (7). P. 374. https://doi.org/10.1007/s11082-021-03039-y
7. Hassan M. A., Mohsin M. H., & Ismail R. A. Preparation of high-responsivity strontium–doped CuO/Si heterojunction photodetector by spray pyrolysis. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2023. Vol. 34 (10). P. 912. https://doi.org/10.1007/s10854-023-10348-3
8. Alkhayatt A. H. O., Jaafer M. D., Al Alak H. H. A., & Ali A. H. Characterization of CuO/n–Si pn junction synthesized by successive ionic layer adsorption and reaction method. Optical and Quantum Electronics. 2019. Vol. 51. P. 1–13. https://doi.org/10.1007/s11082-019-1951-4
9. Dyadenchuk A., Domina N., Oleksenko R. Simulation of Solar Element Characteristics Based on Porous Silicon. 2022 IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine. 2022. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/MEES58014.2022.10005773
10. Dzhafarov T., Bayramov A. Porous silicon and solar cells. Handbook of Porous Silicon: Second Edition. 2018. Vol. 2 (2). P. 1479–1492. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71381-6_95
11. Дмитрук М. Л., Барлас Т. Р., Сердюк В. О. Пористі напівпровідники А3В5: технологія електрохімічного пороутворення, структура та оптичні властивості (Огляд). Фізика і хімія твердого тіла. 2010. T. 11 (1). C. 13–33.
12. Dyadenchuk A. F., Oleksenko R. I. Simulation photoconverters of porous-Si/Si with different anti-reflective coatings. International Journal of Mathematics and Physics. 2023. Vol. 14 (2). P. 89–94. https://doi.org/10.26577/ijmph.2023.v14.i2.010
13. Faltakh H., Bourguiga R., Rabha M. B., Bessais B. Simulation and optimization of the performance of multicrystalline silicon solar cell using porous silicon antireflection coating layer. Superlattices and Microstructures. 2014. Vol. 72. P. 283–295. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2014.04.011
14. Banerjee M., Dutta S.K., Gangopadhyay U., Majumdar D., & Saha H. Modeling and simulation of layer- transferred thin silicon solar cell with quasi monocrystalline porous silicon as active layer. Solid-state electronics. 2005. Vol. 49 (8). P. 1282–1291. https://doi.org/10.1016/j.sse.2005.06.019
15. Монастирський Л. С., Оленич І. Б., Соколовський Б. С. Моделювання розподілу електростатичного потенціялу у поруватому кремнії. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2019. T. 17 (3). C. 519–528.
16. Ушенін Ю. В., Христосенко Р. В., Самойлов А. В., Громовой Ю. С., Каганович Е. Б., Манойлов Е. Г.,... Снопок Б. А. Тонкі плівки пористого оксиду алюмінію, одержані імпульсним лазерним осадженням, для поверхневих плазмон-поляритонних сенсорних структур. Фізика і хімія твердого тіла. 2012. T. 13, № 1. C. 259–264.
Опубліковано
2025-12-22
Як цитувати
Дяденчук, А. Ф. (2025). ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФОТОПЕРЕТВОРЮВАЛЬНОЇ ГЕТЕРОСТРУКТУРИ CUO/POROUS-SI/SI. Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету, 15(2), 241-247. https://doi.org/10.32782/2220-8674-2025-15-2-29
Розділ
Комп’ютерні науки
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
