Чисельне моделювання фотоперетворювальної гетероструктури CuO/porous-Si/Si

Abstract

UA: 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. /// EN: This paper presents a numerical simulation in the Matlab environment of the electrical characteristics of CuO/ porous-Si/Si and CuO/Si heterostructures based on Poisson’s equation. The spatial distribution of electrostatic potential and electric field was analyzed, and the influence of the porous layer and the dielectric properties of materials on charge carrier transport efficiency was determined. The results indicate that including a porous silicon layer ensures a smoother potential drop, improves charge carrier separation, and minimizes recombination losses. The dependence of the electrical parameters on the CuO layer thickness and the dielectric permittivity of porous silicon was investigated. The simulation showed that the potential peak in the CuO/porous-Si/Si structure (~9 V) is significantly higher than in CuO/Si (~4 V), highlighting the role of the porous layer in forming the electric barrier. The analysis of CuO layer thickness (ranging from 100 nm to 500 nm) demonstrated that an optimal thickness of 200–300 nm provides a balance between light absorption and charge carrier transport. Additionally, the dielectric permittivity of porous silicon was found to significantly impact the electric field distribution, with lower values leading to a reduced potential barrier, which may limit carrier separation efficiency. The study confirms that the presence of a porous-Si intermediate layer enhances the overall efficiency of the heterostructure by forming a wider electric barrier and facilitating charge transport. The practical significance of this work lies in substantiating optimal design parameters for the development of efficient solar cell structures.