Моделирование структуры бессвинцового перовскитного солнечного элемента (2022)

Рассмотрено численное моделирование бессвинцового перовскитного солнечного элемента в программе SCAPS-1D для оптимизации его структуры и улучшения эффективности преобразования энергии. Проведено исследование влияния толщины, концентраций дефектов и акцепторов в слое бессвинцового перовскита CH3NH3SnI3, а также работы выхода из материала тыльного контакта на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Получено, что оптимальная толщина слоя CH3NH3SnI3 составляет 500 нм, концентрация дефектов должна составлять порядка 1014–1015 см-3, а оптимальная концентрация акцепторов должна составлять 1016 см-3. Показано, что работа выхода материала тыльного контакта должна быть не менее 4,9–5 эВ для создания высокоэффективных солнечных элементов. Получена макси-мальная эффективность 23,13 % для перовскитного солнечного элемента со структу-рой FTO/TiO2/CH3NH3SnI3/Cu2O/C (ток короткого замыкания 31,94 мА/см2, напряже-ние холостого хода 0,95 В, фактор заполнения 76,07 %). Результаты могут быть ис-пользованы при разработке и изготовлении нетоксичных, высокоэффективных и не-дорогих перовскитных солнечных элементов.

The article discusses the numerical simulation of a lead-free perovskite solar cell in the SCAPS-1D program to optimize its structure and improve the energy conversion efficiency. The influence of the thickness, concentration of defects and acceptors in the layer of lead-free perovskite CH3NH3SnI3, as well as the work function of the back contact material on the photovoltaic parameters of a solar cell has been studied. It was found that the optimal thickness of the CH3NH3SnI3 layer is 500 nm, the concentration of defects should be on the order of 1014–1015 cm-3, and the optimal concentration of acceptors should be 1016 cm-3. It is shown that the work function of the rear contact material must be at least 4.9–5 eV to create highly efficient solar cells. A maximum efficiency of 23.13 % was obtained for a perovskite solar cell with the FTO/TiO2/CH3NH3SnI3/Cu2O/C structure (short circuit current 31.94 mA/cm2, open circuit voltage 0.95 V, fill factor 76.07 %). The results can be used in the design and manufacture of non-toxic, high-performance and low-cost perovskite solar cells.

Тип: Статья
Автор (ы): Саенко Александр Викторович
Соавтор (ы): Малюков Сергей Павлович, Рожко Андрей Алексеевич

Идентификаторы и классификаторы

SCI
Физика
УДК
621.383.51. Фотогальванические элементы, солнечные элементы и батареи (вентильные элементы, панели)
Префикс DOI
10.51368/1996-0948-2022-1-19-27
eLIBRARY ID
48038955
Текстовый фрагмент статьи