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摘要

双钙钛矿太阳能电池以其低成本、高性能、环境友好、稳定性强而备受关注. 本研究使用Silvaco TCAD分析了Cs ₂AgBi _0.75Sb _0.25Br ₆太阳能电池的钙钛矿层厚度、能带偏移、金属电极功函数、传输层厚度及掺杂浓度与器件效率的关系, 以提升器件性能. 基于空穴传输层为Spiro-OMeTAD, 电子传输层为ZnO的器件进行初始研究, 其显示出12.66%的光电转换效率. 结果表明, 当钙钛矿层厚度大于500 nm时, 效率趋于饱和. 最佳导带偏移量为0—+0.5 eV, 最佳价带偏移量为–0.1—+0.2 eV. 在改变器件的电子传输层为ZnOS, 空穴传输层分别为MoO ₃, Cu ₂O和CuSCN的情况下, 优化其厚度和掺杂浓度, 最终空穴传输层为Cu ₂O的双钙钛矿太阳能电池理论光电转换效率达22.85%, 比目前报道的理论效率值相对提升了25.6%. 此外, 当金属电极功函数小于–4.9 eV时易实现最佳效率. 本工作为开发高性能无铅钙钛矿太阳能电池提供了理论指导.

关键词:

Abstract

Double perovskite solar cells have attracted much attention due to their low cost, high performance, environmental friendliness, and strong stability. In this study, the effect of thickness of perovskite layer, band offset, metal electrode work function, the thickness and doping concentration of the transport layer on the efficiency of Cs ₂AgBi _0.75Sb _0.25Br ₆solar cells are analyzed by using Silvaco TCAD to improve device performance. This preliminary study of device based on Spiro-OMeTAD as hole transport layer (HTL) and ZnO as electron transport layer (ETL) shows that the photovoltaic conversion efficiency (PCE) is 12.66%. The results show that the efficiency gradually saturates when the thickness of the perovskite layer is greater than 500 nm. The optimal conduction band offset (CBO) ranges from 0 eV to +0.5 eV and the optimal valence band offset (VBO) from –0.1 eV to +0.2 eV. After changing the device's ETL into ZnOS and HTLs into MoO ₃, Cu ₂O and CuSCN, respectively, and optimizing their thickness values and doping concentrations, the final theoretical photovoltaic conversion efficiency of the double perovskite solar cell with an HTL of Cu ₂O can reach 22.85%, which is increased by 25.6% compared with the currently reported theoretical efficiency value. Moreover, the optimal efficiency is achieved when the metal electrode work function is less than –4.9 eV. This work will help find suitable materials for the transport layer and provide guidance for developing the high-performance and lead-free perovskite solar cells.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:田汉民,tianhanmin@hebut.edu.cn

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Tian Han-Min,tianhanmin@hebut.edu.cn

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[6]
[7]
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[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51]
[52]
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[56]
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Parameter	ZnO	ZnOS	Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆	Spiro-OMeTAD	MoO₃	Cu₂O	CuSCN
Permittivity,ε_r	9^[29]	9^[18]	6.5^[30,31]	3^[32]	12.5^[33]	7.1^[34]	10^[35]
Band gap/eV	3.3^[36]	2.83^[37]	1.8^[8]	3^[38]	3^[39]	2.17^[40]	3.4^[41]
Affinity/eV	4^[42]	3.6^[37]	3.58^[43]	2.45^[32]	2.5^[44]	3.2^[45]	1.9^[46]
N_C/cm^–3	3.7×10¹⁸	2.2×10¹⁸	2.2×10¹⁸	2.2×10¹⁸	2.2×10¹⁸	2.02×10¹⁷	2.2×10¹⁸
N_V/cm^–3	1.8×10¹⁹	1.8×10¹⁹	1.8×10¹⁹	1.8×10¹⁹	1.8×10¹⁹	1.1×10¹⁹	1.8×10¹⁹
N_D/cm^–3	1×10¹⁷	1×10¹⁷	1.0×10¹³	0	0	0	0
N_A/cm^–3	0	0	1.0×10¹⁷	1×10¹⁸	1×10¹⁸	1×10¹⁹	1×10¹⁹
μ_n/(cm²·V^–1·S^–1)	100	100	2	2×10^–4	25	200	100
μ_p/(cm²·V^–1·S^–1)	25	25	2	2×10^–4	100	80	25

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	Thickness/nm	Doping concentration/cm^–3	V_OC/V	J_SC/(mA·cm^–2)	PCE/%	FF/%
This work	ZnOS/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/Cu₂O: 70/400/350	ETL/HTL: 2×10¹⁸/9×10²¹	1.36	14.12	16.87	88.04
After thickness optimization	ZnOS/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/Cu₂O: 30/500/280	ETL/HTL: 2×10¹⁸/9×10²¹	1.36	15.70	18.56	87.24
After N_D(ZnOS) optimization	ZnOS/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/Cu₂O: 30/500/280	ETL/HTL: 1×10²⁰/9×10²¹	1.35	15.70	18.62	87.37
After N_A(Cu₂O) optimization	ZnOS/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/Cu₂O: 30/500/280	ETL/HTL: 1×10²⁰/1×10¹⁷	1.35	19.49	22.85	86.76
Ref.[14]	ZnOS/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/Cu₂O: 70/400/350	ETL/HTL: 2×10¹⁸/9×10²¹	1.39	16.04	18.18	78.34
Other Ref.[58]	ZnO/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/NiO: 70/400/350	ETL/HTL: 5×10¹⁷/3×10¹⁸	1.23	15.57	17.13	89.39
Other Ref.[13]	NiO/Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆/PCBM/ SnO₂: 40/500/40/6	ETL/HTL: 1×10¹⁵/5×10¹⁷	1.14	14.9	10.01	58.70

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[12]
[13]
[14]
[15]
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[51]
[52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]

[1]	姚美灵, 廖纪星, 逯好峰, 黄强, 崔艳峰, 李翔, 杨雪莹, 白杨.影响钙钛矿/异质结叠层太阳能电池效率及稳定性的关键问题与解决方法. 必威体育下载 , 2024, 73(8): 088801.doi:10.7498/aps.73.20231977
[2]	熊祥杰, 钟防, 张资文, 陈芳, 罗婧澜, 赵宇清, 朱慧平, 蒋绍龙.二维范德瓦耳斯异质结Cs₃X₂I₉/InSe (X= Bi, Sb)的光电性能. 必威体育下载 , 2024, 73(13): 137101.doi:10.7498/aps.73.20240434
[3]	方正, 张飞, 秦校军, 杨柳, 靳永斌, 周养盈, 王兴涛, 刘云, 谢立强, 魏展画.减小边缘复合助力28%效率的四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池. 必威体育下载 , 2023, 72(5): 057302.doi:10.7498/aps.72.20222209
[4]	张美荣, 祝曾伟, 杨晓琴, 于同旭, 郁骁琦, 卢荻, 李顺峰, 周大勇, 杨辉.迈向效率大于30%的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池技术的研究进展. 必威体育下载 , 2023, 72(5): 058801.doi:10.7498/aps.72.20222019
[5]	李学锐, 林俊辉, 唐戎, 郑壮豪, 苏正华, 陈烁, 范平, 梁广兴.新型硒化锑薄膜太阳电池背接触优化. 必威体育下载 , 2023, 72(3): 036401.doi:10.7498/aps.72.20221929
[6]	王桂强, 毕佳宇, 刘洁琼, 雷苗, 张伟.醋酸纤维素提高CsPbIBr₂无机钙钛矿薄膜质量及其太阳能电池光电性能. 必威体育下载 , 2022, 71(1): 018802.doi:10.7498/aps.71.20211074
[7]	王佩佩, 张晨曦, 胡李纳, 李仕奇, 任炜桦, 郝玉英.氧化镍在倒置平面钙钛矿太阳能电池中的应用进展. 必威体育下载 , 2021, 70(11): 118801.doi:10.7498/aps.70.20201896
[8]	颜佳豪, 陈思璇, 杨建斌, 董敬敬.吸收层离子掺杂提高有机无机杂化钙钛矿太阳能电池效率及稳定性. 必威体育下载 , 2021, 70(20): 206801.doi:10.7498/aps.70.20210836
[9]	王剑涛, 肖文波, 夏情感, 吴华明, 李璠, 黄乐.背电极材料、结构以及厚度等影响钙钛矿太阳能电池性能的研究. 必威体育下载 , 2021, 70(19): 198404.doi:10.7498/aps.70.20211037
[10]	王兰, 程思远, 曾航航, 谢聪伟, 龚元昊, 郑植, 范晓丽.CuBiI三元化合物晶体结构预测及光电性能第一性原理研究. 必威体育下载 , 2021, 70(20): 207305.doi:10.7498/aps.70.20210145
[11]	王言博, 崔丹钰, 张才益, 韩礼元, 杨旭东.钙钛矿太阳能电池研究进展: 空间电势与光电转换机制. 必威体育下载 , 2019, 68(15): 158401.doi:10.7498/aps.68.20190569
[12]	陈卓, 方磊, 陈远富.三维多孔复合碳层对电极的制备及其光伏性能研究. 必威体育下载 , 2019, 68(1): 017802.doi:10.7498/aps.68.20181833
[13]	柴磊, 钟敏.钙钛矿太阳能电池近期进展. 必威体育下载 , 2016, 65(23): 237902.doi:10.7498/aps.65.237902
[14]	袁怀亮, 李俊鹏, 王鸣魁.有机无机杂化固态太阳能电池的研究进展. 必威体育下载 , 2015, 64(3): 038405.doi:10.7498/aps.64.038405
[15]	王鹏, 郭闰达, 陈宇, 岳守振, 赵毅, 刘式墉.梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响. 必威体育下载 , 2013, 62(8): 088801.doi:10.7498/aps.62.088801
[16]	耿俊杰, 张军, 张俊, 张义, 丁建军, 孙松, 罗震林, 鲍骏, 高琛.叠层荧光集光太阳能光伏器件的性能模拟和优化. 必威体育下载 , 2012, 61(3): 034201.doi:10.7498/aps.61.034201
[17]	汪建军, 方泽波, 冀婷, 朱燕艳, 任维义, 张志娇.Tm2O3相对于Si的能带偏移研究. 必威体育下载 , 2012, 61(1): 017702.doi:10.7498/aps.61.017702
[18]	黄阳, 戴松元, 陈双宏, 胡林华, 孔凡太, 寇东星, 姜年权.大面积染料敏化太阳电池的串联阻抗特性研究. 必威体育下载 , 2010, 59(1): 643-648.doi:10.7498/aps.59.643
[19]	班大雁, 方容川, 薛剑耿, 陆尔东, 徐世宏, 徐彭寿.Si/ZnS极性界面能带偏移的同步辐射光电子能谱研究. 必威体育下载 , 1997, 46(9): 1817-1825.doi:10.7498/aps.46.1817
[20]	班大雁, 方容川, 杨风源, 徐世宏, 徐彭寿, 袁诗鑫.Ge/ZnSe(100)异质结能带偏移的同步辐射光电子能谱研究. 必威体育下载 , 1997, 46(3): 587-595.doi:10.7498/aps.46.587

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