List of published peer-reviewed research articles in a different journal during my PhD within four years.

 

An In-Depth Optimization of Thickness of Base and Emitter of ZnO/Si Heterojunction-Based Crystalline Silicon Solar Cell: A Simulation Method

 Research Article

Title: 

An In-Depth Optimization of Thickness of Base and Emitter of ZnO/Si Heterojunction-Based Crystalline Silicon Solar Cell: A Simulation Method

Authors: Houcine Naim, Deb Kumar Shah, Abed Bouadi, Masoom Raza Siddiqui, M. Shaheer Akhtar and Chong Yeal Kim 

Received: 15 September 2021, Accepted: 08 November 2021, Published: 01 December 2021

Abstract:

The heterojunction (HJ) solar cell is one of the best possible options to upgrade the conventional single homo-junction c-Si solar cell. In this work, a single HJ solar cell based on crystalline silicon (c-Si) wafer with zinc oxide (ZnO) is designed to reduce the loss of power conversion owing to the reflection of incident photons by the top surface of silicon. A PC1D simulation is used to evaluate the optimum numerical value of key photovoltaic parameters for HJ-based c-Si solar cells. The average reflectance for ZnO/Si HJ-based c-Si is 7.65% in the wavelength range of 400-1000 nm. The highest efficiency (η = 24.8%) of the ZnO/Si HJ-based c-Si solar is obtained with a 400 μm base thickness, 20 μm emitter thickness, doping concentration of 1.1 × 1017 cm−3 in the base and a doping concentration of 5.1 x 1016 cm−3 in the emitter. The proposed ZnO/Si HJ-based c-Si solar cell with high efficiency would be one of the best possible alternative HJ device to the conventional single homo-junction c-Si solar cell.

Keywords

Silicon solar cell, zinc oxide, heterojunction, thickness, emitter, base, PC1D, simulation

Cite this article

Naim, H., Shah, D.K., Bouadi, A. et al. An In-Depth Optimization of Thickness of Base and Emitter of ZnO/Si Heterojunction-Based Crystalline Silicon Solar Cell: A Simulation Method. J. Electron. Mater. (2021). https://doi.org/10.1007/s11664-021-09341-5 

In-Search of Efficient Antireflection Coating Layer for Crystalline Silicon Solar Cells: Optimization of the Thickness of Nb2O5 Thin Layer

 

In-Search of Efficient Antireflection Coating Layer for Crystalline Silicon Solar Cells: Optimization of the Thickness of Nb2O5 Thin Layer

   Authors: Deb Kumar Shah, Devendra KC, Tae-Gwan Kim, M. Shaheer                                                 Akhtar, Chong Yeal Kim and O-Bong Yang

Published online: 08 Nov 2021, Volume:17, Page: 35-39

https://doi.org/10.30919/es8d566

Abstract:

The purpose of providing an anti-reflection coating (ARC) layer on the surface of crystalline silicon (c-Si) solar cells is to stipulate a unique dielectric material medium that causes destructive interference of the reflected light from device surfaces and minimize the reflection of light, which can enhance the optoelectrical properties. The optimization of thickness of niobium pentoxide (Nb₂O₅) as an ARC layer using a low-cost, sol-gel spin coating deposition process for the high photovoltaic performance of the c-Si solar cell using a PC1D simulation study. The lowest average reflectance of ~7.21% was achieved at 75 nm thickness of the ARC layer in comparison to others. In a simulation, the different value of thicknesses of the ARC layers was selected as input parameters to explore the photovoltaic characteristics of c-Si solar cells. The simulated results show that the highest power conversion efficiency (PCE) of 17.92% and more than 95% external quantum efficiency (EQE) at 75 nm thickness of ARC layer. This work on the optimization of thicknesses of the ARC layer would provide the utilization of low-cost Nb₂O₅ ARC layer-based for the development of high-performance c-Si solar cells.

Keywords:  

Silicon solar cell, ARC layer, Nb₂O₅, Optimization, Thickness, Photovoltaic Properties

सोनसिक स्मारिकामा प्रकाशित रचना !

 

Influence of Minority Charge Carrier lifetime and Concentration on Crystalline Silicon Solar Cells Based on Double Antireflection Coating: A simulation study

Influence of Minority Charge Carrier lifetime and Concentration on Crystalline Silicon Solar Cells Based on Double Antireflection Coating: A simulation study

Deb Kumar Shah^1,3, Devendra KC^2,, Tae-Gwan Kim³, M. Shaheer Akhtar^3,4*, Chong Yeal Kim^4, and O-Bong Yang^1,3,4*

¹School of Semiconductor and Chemical Engineering, Jeonbuk National University, Jeonju, 54896, Republic of Korea

²Electrical Department, Gabriel Elektro AS, Lakselv, 9700, Norway

³Graduate School of Integrated Energy-AI, Jeonbuk National University, Jeonju, 54896, Republic of Korea

⁴New and Renewable Energy Materials Development Center (NewREC), Jeonbuk National University, Jeonbuk, 56332, Republic of Korea

*Corresponding authors: shaheerakhtar@jbnu.ac.kr (M. S. Akhtar), obyang@jbnu.ac.kr (O.B. Yang) 

Abstract:

In this work, the optoelectrical properties of silver doped zinc oxide (Ag-ZnO)/ZnO double antireflection coating (ARC) layer were investigated by a simulation approach in terms of their minority charge carriers and surface charge carrier concentrations. From the experimental results, the Ag-ZnO/ZnO double ARC layer on Si solar cells presented the reduced average reflectance by 7.58% which was lowered to ZnO and Ag-ZnO single ARC layer. The simulation study demonstrated the reasonable electron and hole densities of 1.75 x 10¹⁶ cm^-3 and 1.51 x 10¹⁶ cm^-3 on c-Si solar cells with Ag-ZnO/ZnO double ARC layer. The simulated I-V characteristics evidenced that the performances of Ag-ZnO/ZnO double ARC layer-based Si solar cells gradually increased with the increase of the minority carrier lifetimes. As compared to a single ARC layer, the Ag-ZnO/ZnO double ARC layer-based Si solar cell achieved the highest conversion efficiency 14.32% with a fill factor of 81.35% at a minority carrier lifetime of 10 µs and carrier concentration of 1x10¹⁷ cm^-3. The enhanced photovoltaic performance in Ag-ZnO/ZnO double ARC layer-based Si solar cells might be attributed to the high generation of electron-hole pairs, improved minority lifetime, and excellent carrier concentrations.  

Keywords: Double layer Antireflection, Charge Carrier lifetime, Carrier Concentration, Optoelectrical properties, Silicon solar cells. 

Optical Materials

Volume 121, November 2021, 111500

Citation:

Deb Kumar Shah, Devendra KC, Tae-Gwan Kim, M. Shaheer Akhtar, Chong Yeal Kim, O-Bong Yang, Influence of minority charge carrier lifetime and concentration on crystalline silicon solar cells based on double antireflection coating: A simulation study, Optical Materials, Volume 121, 2021, 111500, https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111500

 

सोनसिक अनलाइन रचनात्मक प्रतियोगिता २०२१ को लागि पठाइएको रचना

 मनोबाद

बिध्याबारिधि अध्ययन र गैरआवासीय नेपाली संघ

 नेपालमा बिभिन्न शिक्षण संघ-संस्था वा अनुसन्धान केन्द्रहरुमा अध्ययन-अनुसन्धान वा  अध्यापन-प्राध्यापनमा लागेर आफ्नो र आफ्नो-परिवारको दैनिक जिबन यापन गरिरहेका हरेक सु-शिक्षित व्यक्तिहरुमा बिध्याबारिधि सम्मको अध्ययन पुरा गर्नु र नामको अगाडी डा. लेखाउने  चाहना नहुने बिरलै पाईएला । मेरो पनि ईच्छा थियो, तर ईच्छा-चाहना हुदैमा सबैको ईच्छा पुरा हुन्छ भने छैन, ईच्छा पुरा हुन् कि त त्यो व्यक्ति अति विलक्षण प्रतिभाबाण हुनुपर्छ, या त आफ्नो चिनजानको नातेदार व्यक्ति कुनै बिश्वबिद्यालयमा अध्ययन गरिरहेको हुनुपर्छ । म त्यो दुवै प्रकारमा परिन् कि जस्तो लाग्छ । मेरो पनि बिध्याबारिधि सम्मको अध्ययन पुरा गर्ने चाहना वा इच्छा हुनु अस्वाभाविक थिएन । म सानै देखि पढ्नमा अब्बल नै भएकोले बिध्याबारिधि सम्मको पढाई गर्ने कुरामा आफु सहित परिबारका अन्य सदस्यहरुमा पनि आकांक्षा थिए । तर सोचाई र बास्तबिकता त्यति सजिलो नहुने रैछ । कोई-कोई व्यक्ति त सार्है भाग्यमानी हुन्छन, ईच्छा गर्ना साथ् पुरा भएको उदाहरण आफैले प्रत्यक्ष रुपमा देखेको छु, जसरी मैले एस.एल.सी. पछीको “इन्टर-मिडीएट” लेभलको कोर्समा नेपाल-परिचय बिषयमा पढेको थिए । तत्कालिन बडामहाराजधिराज पृथ्बी नारायण शाहलाई बाबा गोरखनाथको बरदान दिएको  थियो रे “जुन राज्यको जमिनमा खुट्टा टेक्छौ, त्यो राज्य तिम्रो हुनेछ ।” दुर्भाग्य ! म त्यसमा पनि परिन् ! तर मैले इच्छा मात्रै गरिन्, बिध्याबारिधि अध्ययनको लागि सम्भब भए सम्म धेरै कोशिस पनि गरे, तर सधै असफलता नै हात लाग्यो । प्रायः बिध्याबारिधि अध्ययनको लागि हरेक व्यक्तिको पहिलो रोजाई अमेरिका, क्यानाडा, अष्ट्रेलिया जस्तै अन्य इंगलिस कन्ट्री हुनेगर्छ, मेरो पनि त्यस्तो रोजाई नहुने कुरै थिएँन । त्यतिबेला दक्षिण कोरिया बारेमा सुनेको पनि थिएन । मेरो आफ्नै वा परिबारिक कारणले गर्दा बिध्याबारिधि अध्ययनको चाहना झन्डै सपना मै सिमित हुने स्थिति आईसकेको थियो । मैले नेपाल बिज्ञान तथा प्रबिधि प्रज्ञा प्रतिष्ठान (नास्ट) मा लगभग ११ बर्षे सेबा कालमा स्नाकोत्तरको दुईवटा डिग्री (भौतिक शास्त्र र नाबिकरनिय उर्जामा इन्जिनियरिंग) हुँदाहुँदै, बिध्याबारिधिको डिग्री नभएकै कारण जिबनमा धेरै उतार-चडाभको स्थिति भोग्न बाध्य भए, त्यस सेबा अबधिमा केहि राम्रा देखि अत्यन्त नराम्रा अनुभूति सम्म भोग्ने स्थिति आयो । ति अनुभूतिहरुको बर्णन गर्न शब्दहरु पनि अप्रयाप्त हुने जस्तो मलाई लागिरहेको छ । त्यस सेबा कालमा राम्रा अनुभूति थोरै र क्षणिक रह्यो तर नराम्रा अनुभूतिहरु जिबनभर नबिर्सिने खालका छन्, ति नराम्रा अनुभूतिहरुको मुख्य जिम्मेबार आफु सहित नास्टका अन्य कु:ख्यात दुष्टहरु पनि छन्, जसले अरुको “खुट्टा-पछाडी-तान्ने” खेल खेलेर अति रोमान्चित हुने सवाभाबका छन् ! त्यसको धेरै चर्चा नगरौ, चर्चा गर्नु आबश्यक पनि छैन । मुख्य कुरामा जाउ ।

बिध्याबारिधि अध्ययनको चाहना गर्दागर्दै मेरो उमेरले डाडो काट्दै थियो, पछी त डाडा काटेर फेद सम्म नै पुग्यो । अनि आफ्नो बिध्याबारिधि अध्ययनको सपना तुहिएको जस्तो लाग्न थाल्यो, अब आफ्नो भाबी पुस्ताले त्यो ईच्छा पुरा गर्छ कि भनेर आफ्नै मनलाई जबर्जस्ती बुझाएर शान्त पारे । जसरी हिन्दी कथानक चलचित्र “३-इडियट” मा नायकले “अल-ईज-वेल, अल-ईज-वेल” भन्छ, त्यसै गरि मैले पनि मन-मनै “अल-ईज-वेल” भनेर आफैले आफैलाई बुझाए । अब आफ्नो भाग्यमा अध्ययन यति सम्म नै रहेछ भनेर आफुलाई सन्तोष गरे । समय बित्दै जादा नास्टको सेबा-कालमा म माथि अर्को बज्र-प्रहार भयो । म भन्दा धेरै कनिष्ट (मैले पढाएका बिद्यार्थी सरह) व्यक्ति बिध्याबारिधि गरेर मेरै सहकर्मी बन्न आईपुगे । त्यसपछि मेरो मनमा के बिच्च्लन आएको होला जो कोहिले पनि अनुमान गर्न सक्छ । आफ्नै सहकर्मी (बिध्याबारिधि गरेको) कुनै सार्बजनिक कार्यक्रममा पाउने सम्मानले आफुले आफैलाई गिजोलेकै अनुभब गर्थे । कुनै बेला त नास्टबाट राजिनामा समेत गर्ने मनमा भावना आउथ्यो तर त्यो सम्भव थिएँन, “मर्ता क्या नही कर्ता” । जागिर छोडे भने अर्को ठाँउमा यस्तै जागिर पाउन पनि फेरी मन्त्रि कै मान्छे हुनुपर्छ, त्यो पनि मेरो दुर्भाग्य, कोई मन्त्रि त के संसद संग पनि चिनजान थिएन । अनि अपमान सहेर नै सहकार्य गर्ने बाहेक अरु कुनै उपाय थिएन । नास्टको सेबा-कालमा समय-समयमा गैरआवासीय नेपाली संघले गरेको कार्यहरु बारे समाचारमा सुन्थे, आफुलाई पनि गैरआवासीय नेपाली बनेर अरुलाई धाक देखाउने भावना मनमा नआएको होइन, तर ईच्छा भएर मात्रै हुने भए त के के गरिन्थ्यो ।

समय बित्दै जादा दक्षिण कोरियाबाट एक जना अग्रज, असल, विद्वान व्यक्ति बिध्याबारिधि गरेर नास्टमा आउनु भयो र संगै काम गर्ने मौका पनि मिल्यो । मेरो मानसिक तनाव बुझेर अग्रजले फेरी एकचोटी प्रयास गर्न सुझाव दिनुभयो र वहा कै आग्रह अनुसार फेरी एकचोटी दक्षिण कोरियाका बिभिन्न बिश्वबिद्यालयहरुमा धेरै प्रोफेसरहरुलाई आफ्नो बायोडाटा सहित बिध्याबारिधि अध्ययनका लागी अनुरोध सहित ईमेल पठाए । तर कुनै प्रोफेसरले रिप्लाई समेत गरेनन । अन्त्यमा अग्रज सरले समेत आफ्नै प्रोफेसरलाई मेरो बायोडाटा सहित बिध्याबारिधि अध्ययनका लागी आग्रह गरेर ईमेल पठाउनुभयो । तर परिणाम उही – सुन्य ।

तर भाग्यमा बिध्याबारिधि गर्न लेखेकै रहेछ कि क्या हो ? भन्छन नि “समय से पहले और भाग्य के ज्यादा कभी किसीको नही मिलता ।” मेरो पनि त्यस्तै भयो । उमेरले डाडा काटेर फेदमा पुगेकोले पनि बाधा पुर्याउन सकेन, अनन्त बिध्याबारिधि अध्ययनको लागि ईस्बी सम्बत २०१७ मा दक्षिण कोरिया आईपुगियो । मैले त्यो मौका पाउनु “कोईका-नास्ट-सी.बी.एन.यू” (सी.बी.एन.यू. हालको जे.बी.एन.यू.) द्वारा संयुक्त रुपमा संचालित एउटा नाबिकरनिय सम्बन्धी परियोजना कै फलाउट नै हो । त्यही परियोजनाको घस्निष्ट मित्रतापूर्ण सम्बन्धले निकट भविष्यमा नेपालको सौर्यउर्जा क्षेत्रमा महत्वपूर्ण योगदान गर्ने सहितको फेरी अर्को ठुलो परियोजना प्रारम्भ हुनेमा पनि आशाबादी र बिश्वस्थ छु । बिध्याबारिधि अध्ययनको लागि दक्षिण कोरिया आएको एक महिना भित्रै धेरै ठाउँहरु घुमियो, त्यही क्रममा आफ्नै प्रोफेसर सितै “योसु” घुम्ने मौका पनि मिल्यो । योसुको यात्रा क्रममा दक्षिण कोरियाको सडक-संजाल, भूमिगत-सडक (टनेल-रोड), ट्राफिक-पुलिस र यातायात-ब्यबस्था हेरेर अति नै प्रभावित भए, मन-मनै नेपालको ति अबस्था सित दाँजे र देशका नेताहरुलाई धिक्कारे । सबैलाई थाहा भएकै कुरा हो, ६ दसक आगाडी बिकासको सन्दर्भमा नेपाल र दक्षिण कोरियाको स्थिति उस्ता-उस्तै थियो । कुनै समयमा दक्षिण कोरियामा भोकमरी हुदा नेपाल सरकारबाट सहयोग सवरूप चामल तथा अन्य खाद्य सामग्री प्राप्त भएको कुरा यहाका विद्वानले म संगैको कुरामा स्वीकार गरेका छन् । तर हालको स्थितिमा नेपालको युबाहरुको लागि दक्षिण कोरिया उर्बर श्रम-बाजार भएको छ । लाखौ नेपाली युबाहरु दक्षिण कोरियामा पसिना बगाउँन लालायित हुने स्थिति सृजना भएको छ । आज यस्तो स्थिति सम्झेर आफैलाई लाज लागेर आउछ, तर नेपालका विशिष्टहरुलाई लाज-सरम लाग्छ कि लाग्दैन, भन्न गार्हो छ । त्यो बेलाको यात्राको क्रममा मनमा उठेका थुप्रै उकुसमुकुसलाई  शब्दमा बर्णन गरेर आफ्नो पहिलो “यात्रा-स्मरण” लेखेर फेसबुकमा पनि पोस्ट गरे र त्यो पोस्टबाट धेरै साथीहरुबाट प्रसंशा पनि पाए । त्यही पोस्टलाई मैले आफ्नो व्यक्तिगत ब्लग (https://dkshah149.blogspot.com/) मा पनि संचित गरेर राखेको छु ।

यतिकैमा एउटा अध्याय अन्त्य गर्दै अर्को अध्यायमा गैरआवासीय नेपाली संघ दक्षिण कोरियाको राष्ट्रिय महाधिवेशन सम्वन्धि केहि अनुभब साट्न चाहन्छु । जसरी मैले पहिलो अध्यायमा उल्लेख गरे अनुसार गैरआवासीय नेपाली संघको कार्य बारे रुची र जानकारी राख्ने ईच्छा बारे उल्लेख गरेको छु, त्यसै गरि दक्षिण कोरिया आउने बितिकै गैरआवासीय नेपाली संघको हरेक क्रियाकलापहरुको फेसबुकबाटै जानकारी, चासो राख्ने गर्न थाले र सम्बन्धित व्यक्तिहरुलाई फेसबुकबाटै फ्रेन्ड रिक्वेस्ट पनि पठाउथे, प्रायः एसेप्ट पनि हुन्थ्यो र खुशी लाग्थ्यो । हालैको गैरआवासीय नेपाली संघ दक्षिण कोरिया राष्ट्रिय महाधिवेशन (२०२१) मा बिद्यार्थीहरुले पनि मतदान गर्ने अबसर पाउने कुराले खुशी थिए । नजिकको साथीहरु र फेसबुकबाटै पाएको जानकारी अनुसार “स्मार्ट एन-आर-एन-ए” मोबाईल एपबाट मतदान गर्न पाउने र स्पोन्सर भएकोले रेजिस्त्रेसन शुल्क पनि तिर्नु न पर्ने कुरा सुनियो । मैले र मेरो साथीले एकै दिन उक्त एप डाउनलोड गर्यौ र चाहिने सम्पूर्ण व्यक्तिगत बिबरण भरेर सब्मिट गर्यौ । 

केहि दिन पछी मेरो साथीको भेरिफाईड भयो, आईडी नम्बर पनि प्राप्त भयो तर मेरो भेरिफाईड भएन् ! केहि दिन पछी मैले व्यक्तिगत बिबरण भरेको र भेरिफाईड नभएको व्यहोरा सहितको ईमेल सम्बन्धित निकायमा पठाए । त्यसपछि पनि मेरो व्यक्तिगत बिबरण न भेरिफाईड भयो न ईमेलको रिप्लाई नै आयो । अनि मैले त्यसमा धेरै चासो लिन्न छोडदिए किनभने आफुलाई कुनै पदको लागि निर्बाचनमा भाग लिने ईच्छा पनि थिएँन । अरु साथीहरुको भनाई अनुसार गैरआवासीय नेपाली संघ दक्षिण कोरिया राष्ट्रिय महाधिवेशनमा नेपाल भन्दा पनि बढी राजनीति हुन्छ रे । नेपालमा राजनीति मात्रै हुन्छ तर दक्षिण कोरियामा राजनीतिमा पनि पोलिटिक्स हुन्छ रे । आफु लाई त न राजनीतिमा ईच्छा छ न त पोलिटिक्स मा । त्यसैले धन्यबाद सहित अझै “स्मार्ट एन-आर-एन-ए” मोबाईल एप भेरिफाईड हुने प्रतिक्षामा छु ।

 

देब कुमार शाह  

बिध्याबारिधि अध्ययनरत बिद्यार्थी

छोनबुक राष्ट्रिय बिश्वबिद्यालय

छन्जु, दक्षिण कोरिया

 

 

 

Computational study on the performance of zinc selenide as window layer for efficient GaAs solar cell

Authors: 

Devendra KC, Deb Kumar Shah, and Anik Shrivastav

https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.06.077

Cite:

KC Devendra, Deb Kumar Shah, Anik Shrivastava, Computational study on the performance of zinc selenide as window layer for efficient GaAs solar cell,

Materials Today: Proceedings, 2021, ISSN 2214-7853.

Abstract:

Abstract

This paper reports the optimization of zinc selenide as a window layer for GaAs solar cells in terms of thickness, carrier concentration, and bandgap of the material. Zinc selenide has been chosen for the window layer for appropriate front surface combination with absorber layer for the best performance in GaAs solar cell. The characteristics like current-power curve and efficiency have been analyzed by the PC1D modeling tool by varying different parameters like thickness, carrier concentration, and bandgap of window layer. The short-circuit current of 3.2 A, open-circuit voltage of 0.871 V, and the highest power conversion efficiency of 24.55% of solar cell has been observed at the thickness of 50 nm of the window layer. The electron and hole densities have been observed 1.1 × 1016 cm−3 and 1 × 1015 cm−3 respectively at distance from front in the range from 0 μm to 5 μm. The highest power conversion efficiency of 24.26% has been achieved at carrier concentration 1 × 1016 cm−3, which confirms that the proposed GaAs solar cell could be highly efficient to fabricate commercially at low a cost.

Keywords

GaAs solar cell

ZnSe window layer

Carrier concentration

Efficiency

Simulation