Numerical simulation of solar cells based on p-CZTS/ buffer layer /i-ZnO/n-ZnO: Al systems (buffer layer: In2S3 and CdS) using SCAPS-1D

Abstract

This thesis presents a simulation-based study aimed at improving the performance of CZTS-based thin-film solar cells using SCAPS-1D software. Two structures were investigated: CZTS/In₂S₃/ZnO/Al:ZnO and CZTS/CdS/ZnO/Al:ZnO. The goal was to evaluate and compare their efficiency, environmental impact, and overall performance. Key photovoltaic parameters such as open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), fill factor (FF), and power conversion efficiency (PCE) were analyzed under standard test conditions. The study also examined the influence of absorber layer thickness, operating temperature, and wavelength on the quantum efficiency (QE). Results revealed that the buffer layer plays a crucial role in charge carrier collection and recombination. In₂S₃ showed potential as a cadmium-free alternative to the conventional CdS buffer. The findings offer valuable guidance for developing efficient and environmentally friendly CZTS-based solar cells ==================================================================================================== Cette thèse présente une étude basée sur la simulation visant à améliorer la performance des cellules solaires à couche mince à base de CZTS en utilisant le logiciel SCAPS-1D. Deux structures ont été étudiées : CZTS/In₂S₃/ZnO/Al:ZnO et CZTS/CdS/ZnO/Al:ZnO. L'objectif était d'évaluer et de comparer leur efficacité, leur impact sur l'environnement et leur performance globale. Des paramètres photovoltaïques clés tels que la tension en circuit ouvert (Voc), la densité de courant en court-circuit (Jsc), le facteur de remplissage (FF) et le rendement de conversion de puissance (PCE) ont été analysés dans des conditions d'essai standard. L'étude a également examiné l'influence de l'épaisseur de la couche absorbante, de la température de fonctionnement et de la longueur d'onde sur l'efficacité quantique (QE). Les résultats ont révélé que la couche tampon joue un rôle crucial dans la collecte et la recombinaison des porteurs de charge. L'In₂S₃ a montré son potentiel en tant qu'alternative sans cadmium au tampon CdS conventionnel. Les résultats offrent des indications précieuses pour le développement de cellules solaires efficaces et respectueuses de l'environnement à base de CZTS.