Моделювання та імітація безсвинцевого перовскітного сонячного елемента з використанням програми SCAPS-1D

Анотація

У цій роботі було вивчено вплив деяких параметрів на перовскітний сонячний елемент (PSC) на основі олова (CH₃NH₃SnI₃) шляхом моделювання пристрою щодо регулювання концентрації легування перовскітного поглинаючого шару, його товщини та спорідненості транспортного середовища електронів та дірково-транспортувального середовища до електрону, а також щільності дефектів перовскітного поглинаючого шару та рухливості дірок в дірково-транспортувальному матеріалі (HTM). Моделюючий пристрій: програма одномірного імітатора ємності сонячних елементів (SCAPS-1D) була використана для моделювання перовскітних сонячних елементів на основі олова. Крива вольтамперноі характеристики (J-V), отримана шляхом моделювання пристрою без оптимізації, показує вихідні параметри елемента, які включають: напругу розімкнутого контуру (V_oc) = 0,64 В, щільність струму короткого замикання (I_sc) = 28,50 мА/см², коефіцієнт заповнення (FF) = 61,10% та ефективність перетворення потужності (PCE) = 11,30% при імітованому AM1,5, сонячному світлі, = 100 мВт/см² при 300K. Після оптимізації було визначено, що значення концентрації легування, щільності дефектів, спорідненості до електронів матеріалу для транспортування електронів та дірково-транспортувального матеріалу становлять: 1.0x10¹⁶cm^-3, 1.0x10¹⁵cm^-3, 3.7 еВ та 2,3 еВ відповідно. Порівняно з початковим пристроєм без оптимізації, були отримані помітні значення параметрів сонячних елементів при J_sc  = 31,38 мА/см², V_oc = 0,84 В, FF = 76,94% та PCE = 20,35%, що демонструє поліпшення в ~ 1,10 рази для J_sc ~ 1,80 рази для PCE ~ 1,31 рази для V_oc, та ~ 1,26 рази для FF. Результати показують, що безсвинцевий перовскітний сонячний елемент CH₃NH₃SnI₃ , який є екологічно чистим, є потенційним сонячним елементом з високою теоретичною ефективністю 20,35%. CuI показав, що він також може бути потенційним дірково-транспортувальним шаром.