双钙钛矿Cs_(4)CuSb_(2)Cl_(12)纳米晶无铅太阳电池的数值研究

提出一种结构为FTO/TiO_(2)/Cs_(4)CuSb_(2)Cl_(12)/Au的无铅、无空穴传输层钙钛矿太阳电池。该电池以Cs_(4)CuSb_(2)Cl_(12)双钙钛矿纳米晶为光活性层,FTO和Au为接触电极,TiO_(2)为电子传输层。数值仿真结果表明,当Cs_(4)CuSb_(2)Cl_(12)厚度和缺陷态密度分别为1050 nm和1012 cm^(-3),TiO_(2)掺杂浓度和电子亲和势分别为1019 cm^(-3)和3.9 eV,界面缺陷态密度为1013 cm^(-3),背电极功函数为5.1 eV,工作温度为300 K时,电池性能得到提升,优化后电池的Voc、Jsc、FF以及η_(PCE)分别提升了6.9%,39.5%,12.0%以及67.7%。这为新型无铅无空穴传输层钙钛矿太阳电池的研究提供了一定的借鉴思路。

锡基钙钛矿太阳能电池载流子传输层的探讨

锡基钙钛矿太阳能电池可避免铅元素对环境带来的污染,近年来已成为光伏领域的研究热点.本文以SCAPS-1D太阳能电池数值模拟软件为平台,对不同电子传输层和不同空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池器件的性能进行数值仿真对比,从理论上分析不同载流子传输层的锡基钙钛矿太阳能电池的性能差异.结果显示,载流子传输层与钙钛矿层的能带对齐对电池性能至关重要.电子传输层具有更高的导带或电子准费米能级以及空穴传输层具有更低的价带或空穴准费米能级时,对电池输出更大的开路电压有促进作用.另外,当电子传输层的导带高于钙钛矿层导带或钙钛矿层的价带高于空穴传输层的价带时,钙钛矿层与载流子传输层界面形成spike势垒,界面复合机制相对较弱,促使电池获得更佳的性能.当Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3分别作为电子传输层和空穴传输层时,与其他材料相比,获得了更优的输出特性:开路电压Voc=0.94 V,短路电流密度Jsc=30.35 mA/cm^2,填充因子FF=76.65%,功率转换效率PCE=21.55%,可认为Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3是设计锡基钙钛矿太阳能电池结构合适的载流子传输层材料.这些模拟结果有助于实验上设计并制备高性能的锡基钙钦矿太阳能电池.

基于P3HT的无铅钙钛矿太阳能电池性能仿真研究

综合考虑无毒、价廉等因素,设计以P3HT为空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池。以太阳能电池模拟软件SCAPS-1D对结构为TCO/Ti O2/CH3NH3Sn I3/P3HT/Au的太阳能电池进行数值模拟仿真,探讨吸收层、电子传输层和空穴传输层的厚度和掺杂浓度,以及吸收层缺陷态密度对电池性能的影响。由仿真结果可知,当吸收层、电子传输层和空穴传输层的厚度分别为140、20以及200 nm,掺杂浓度分别为1×10^16cm^-3、1×10^16cm^-3和1×10^17cm^-3,吸收层缺陷态密度为1×10^16cm^-3时,取得了较佳的结果:Voc=0.77 V,Jsc=20.48 m A/cm^2,FF=71.58%,PCE=11.27%。

接触电极功函数对反式锡基钙钛矿太阳能电池性能的影响

因反式锡基钙钛矿太阳能电池可避免J-V迟滞以及铅元素,基于SCAPS-1D设计结构为ITO/HTL/CH3NH3SnI3/PCBM/back-contact的反式锡基钙钛矿太阳能电池器件。其中NiO、Cu_(2)O以及P3HT分别作为空穴传输层,探讨导电玻璃ITO功函数在4.6~5.0 eV范围内电池性能的变化,并分析Al、Sn、Ag、Fe、Cu以及Au这6种材料作为背电极的电池器件的性能差异。由仿真结果可知,ITO功函数越高而背电极功函数越低,载流子的传输和收集受到促进,反式锡基钙钛矿太阳能电池性能更佳。另外,相比Cu_(2)O和P3HT,NiO是更适合该结构的空穴传输层材料。本文可为制备高性能反式锡基钙钛矿太阳能电池实验接触电极的选择提供一定的借鉴。

同质结钙钛矿太阳能电池性能优化研究

基于太阳能电池模拟软件SCAPS-1D,设计了结构为FTO/Nb_(2)O_(5)/n型MAPbI_(3)/p型MAPbI_(3)/CuO/Au的同质结钙钛矿太阳能电池。为达到优化电池性能的目的,探讨了钙钛矿活性层的厚度和缺陷态密度以及载流子传输层和钙钛矿活性层界面的缺陷态密度对电池性能的影响。由仿真结果知,适当增加n型MAPbI_(3)的厚度可增强对光子的有效吸收从而提升电池性能,但当n型MAPbI_(3)的厚度大于载流子扩散长度时,载流子复合增强导致电池性能降低。随着n型MAPbI_(3)的缺陷态密度不断增加,相当于引入了更多的载流子复合中心,因此电池性能逐渐变差。相比n型MAPbI_(3),由于p型MAPbI_(3)置于n型MAPbI_(3)的背面,其厚度及缺陷态密度的变化对电池性能影响较弱。随着界面层缺陷态密度的增加,光生载流子运输受到阻碍,复合增强从而限制了电池的性能提升,相比p型MAPbI_(3)和CuO之间的界面而言,Nb_(2)O_(5)和n型MAPbI_(3)之间的界面缺陷态密度对电池性能影响效果更明显。通过参数优化,提升了电池的输出性能,优化后电池的开路电压、短路电流密度、填充因子及效率分别为1.22 V、23.46mA/cm^(2)、88.35%和25.20%。