Оптимизация характеристик квази-интегрированных тыльноконтактных перовскитных солнечных элементов

Аннотация

В данной работе исследовался квази-интегрированный тыльноконтактный (КИТК) перовскитный солнечный элемент (ПСЭ), состоящий из перовскитного слоя на основе тройного катионного полигалогенида (CsFAMAPbIBr), слоя переноса электронов (ETL) из оксида титана (TiO₂) и слоя переноса дырок (HTL) из тиоцианата меди (CuSCN). В ходе исследования была создана двухмерная оптоэлектрическая модель перовскитного устройства с использованием программного пакета COMSOL Multiphysics. Расчеты проводились в двух различных случаях: когда свет падал на прозрачный поглощающий слой, расположенный со стороны слоя ETL (снизу), и непосредственно на перовскитный слой (сверху). Сначала для обоих случаев была получена карта распределения скорости генерации. Оптическая генерация носителей заряда в перовскитном слое рассчитывалась на основе распределения электромагнитного поля. Распределение и поток оптической энергии внутри элемента описывались усредненным по времени вектором Пойнтинга. Была разработана дрейфово-диффузионная модель для электронов и дырок, а влияние электрических параметров на КПД оценивалось с использованием усредненного по длине значения генерации, полученного из оптического моделирования. В ходе исследования изучалось влияние плотности поверхностных дефектов между перовскитным слоем и слоем переноса электронов, концентрация объемных дефектов в перовскитном слое и подвижности электронов на эффективность устройства. Для каждого случая рассчитывались вольт-амперные характеристики (ВАХ) и КПД преобразования энергии. Было установлено, что при больших значениях дефектов на границе раздела перовскит-ETL эффективность значительно снижается, а при падении света сверху и снизу КПД преобразования энергии уменьшается с увеличением концентрации объемных дефектов, и КПД увеличивается с увеличением подвижности электронов. На основе полученных результатов была определена чувствительность КПД KИТК к дефектам и стабильность параметров, а также зависимость от направления падения света снизу или сверху.