Trans Tianjin Univ | 用SCAPS-1D模拟Sn基无HTM钙钛矿太阳能电池

PART01

文章信息

Eli Danladi1, Muhammad Kashif, Andrew Ichoja, Bikimi Bitrus Ayiya. Modeling of a Sn-Based HTM-Free Perovskite Solar Cell Using a One-Dimensional Solar Cell Capacitance Simulator Tool, Trans. Tianjin Univ.(2022), https://doi.org/10.1007/s12209-022-00343-w 

 Received: 22 August 2022 / Revised: 4 September 2022 / Accepted: 20 September 

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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-022-00343-w

PART02

本文亮点

1. 提出了一种基于锡基钙钛矿纳米晶和二氧化钛ETM的无HTM PSC，并使用SCAPS-1D软件进行模拟。

2. 研究了钙钛矿厚度、界面缺陷密度、温度和ETM对器件光伏性能的影响。模拟结果表明，PCE、Jsc和Voc分别提高了约32.10%、13.41%和19.02%。

3. 本研究可为开发生态友好、高效钙钛矿太阳能电池铺平道路。

PART03

背景及意义

锡基钙钛矿太阳能电池（PSC）是第三代太阳能电池，由于其环保特性，在光伏领域受到越来越多的关注。尽管取得了一些突破，但PSC的发展受阻于成本高及铅的毒性高。为了克服高毒性，以环保材料取代铅，如锡（Sn）、铋（Bi）和锗（Ge），其中以锡基钙钛矿最受关注。FASnI₃是研究最多的，而MASnI₃效率较好，本文提出了一种基于锡基钙钛矿纳米晶和二氧化钛ETM的无HTM PSC，利用一维太阳能电池电容模拟器（SCAPS-1D）软件，对基于三碘化甲基铵锡（CH₃NH₃SnI₃）的无空穴传输材料PSC进行了数值模拟。研究了钙钛矿厚度、界面缺陷密度、温度和电子传输材料（ETM）对器件光伏性能的影响。PCE、J_sc和V_oc分别提高了约32.10%、13.41%和19.02%。结果表明，基于Sn的无HTM PSC可以吸收入射光的光强，CH₃NH₃SnI₃具有作为钙钛矿材料实现无毒可再生能源的潜力。

PART04

图文导读

图1 设备结构

图2 a光照和黑暗条件下的J–V曲线。b波长–QE曲线。c装置的能量剖面图和d距离–载流子密度曲线。

图3  a光照条件下不同吸收体厚度的J–V曲线。b在黑暗中吸收层厚度变化J–V图。c光子能量–QE曲线。d波长–QE曲线。e厚度–PCE和FF以及f不同吸收体厚度–J_sc和V_oc。

图4 a不同界面缺陷密度的J–V曲线。b PCE和FF与界面缺陷的关系，c J_sc和V_oc与界面缺陷密度的关系

图5 a J–V曲线随温度的变化。b PCE和FF与温度的关系。c J_sc和V_oc与温度的关系

图6 a具有不同TiO₂厚度的J–V曲线和b具有不同TiO₂厚度的QE与波长的关系

图7  a PCE、b FF、c J_sc和d V_oc随ETM厚度的变化

图8 光照和黑暗条件下优化的J–V曲线

PART05

通讯作者简介

Eli Danladi

Eli Danladi于2020年获得尼日利亚国防学院博士学位。他的研究兴趣是材料科学、设备建模、纳米材料及其在光伏设备、电池和超级电容器中的应用。

Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

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《天津大学学报（英文版）》是由教育部主管、天津大学主办的学术性英文期刊，被EI、Scopus等多家国际著名数据库收录。2018年改版为专业刊，重点刊登能源材料、能源化学与化工领域的原创性、创新性研究成果，包括太阳能利用、产氢与储氢、二氧化碳捕获和转化、燃料电池、电池和超级电容器、催化、煤炭和石油的清洁利用、生物燃料、能源政策等主题。本刊与Springer合作出版，在SpringerLink上全文在线，做到了快速审稿和出版。2016年入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”，2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”，2021年荣获“中国国际影响力优秀学术期刊”，2022年入选《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》。欢迎大家关注和投稿！

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