论文部分内容阅读
纯无机金属卤化钙钛矿CsPbI3具有较高的热稳定性，能够承受400℃高温仍不发生分解和相变反应，具有较窄的禁带宽度，非常适合与硅系太阳能电池或钙钛矿太阳能电池组成叠层电池。因此，本文采用模拟软件SCAPS模拟优化以无机钙钛矿CsPbI3为光吸收材料的平面异质结太阳能电池，研究电池的材料参数与电池性能之间的关系，为实验上获得高效率的无机钙钛矿太阳能电池器件提供理论指导。论文的主要内容包括：
论文首先采用SCAPS软件对基于CsPbI3的无机钙钛矿太阳能电池进行了仿真，分别讨论了CsPbI3的掺杂浓度、缺陷密度、厚度以及电子亲和势对电池参数的影响规律。经过模拟优化，当CsPbI3光吸收层的厚度为350nm，掺杂浓度NA=3.2×1015cm-3，缺陷密度Nt=1×1015cm-3，电子亲和势χ=3.90eV，得到太阳能电池的转换效率Eff=14.73%、短路电流Jsc=17.1mA/cm2、开路电压Voc=1.11V，填充因子FF=78%，与文献报道的实验值接近。
其次，采用SCAPS软件对有机空穴传输层材料Spiro-MeOTAD和CuSCN、CuI、Cu2O、NiO等四种无机空穴传输层材料进行了仿真比较。主要讨论了空穴传输层的价带偏移值、载流子迁移率、缺陷密度、厚度以及掺杂浓度对电池参数的影响规律。经过模拟优化，当Cu2O空穴传输层的厚度为200nm，掺杂浓度NA=2×1018cm-3，缺陷密度Nt=1×1015cm-3，电子亲和势χ=3.51eV，得到太阳能电池的Eff=16.83%、Jsc=17.22mA/cm2、Voc=1.15V、FF=84.71%，表明稳定和低成本的无机材料Cu2O代替有机材料Spiro-MeOTAD是可行的。
最后，设计了无电子传输层的CsPbI3太阳能电池，通过调节吸收层和空穴传输层的参数设置，可以得到高性能的无电子传输层太阳能电池。所设计的太阳能电池Eff=18.22%、Jsc=17.47mA/cm2、Voc=1.19V、FF=87.27%。
论文首先采用SCAPS软件对基于CsPbI3的无机钙钛矿太阳能电池进行了仿真，分别讨论了CsPbI3的掺杂浓度、缺陷密度、厚度以及电子亲和势对电池参数的影响规律。经过模拟优化，当CsPbI3光吸收层的厚度为350nm，掺杂浓度NA=3.2×1015cm-3，缺陷密度Nt=1×1015cm-3，电子亲和势χ=3.90eV，得到太阳能电池的转换效率Eff=14.73%、短路电流Jsc=17.1mA/cm2、开路电压Voc=1.11V，填充因子FF=78%，与文献报道的实验值接近。
其次，采用SCAPS软件对有机空穴传输层材料Spiro-MeOTAD和CuSCN、CuI、Cu2O、NiO等四种无机空穴传输层材料进行了仿真比较。主要讨论了空穴传输层的价带偏移值、载流子迁移率、缺陷密度、厚度以及掺杂浓度对电池参数的影响规律。经过模拟优化，当Cu2O空穴传输层的厚度为200nm，掺杂浓度NA=2×1018cm-3，缺陷密度Nt=1×1015cm-3，电子亲和势χ=3.51eV，得到太阳能电池的Eff=16.83%、Jsc=17.22mA/cm2、Voc=1.15V、FF=84.71%，表明稳定和低成本的无机材料Cu2O代替有机材料Spiro-MeOTAD是可行的。
最后，设计了无电子传输层的CsPbI3太阳能电池，通过调节吸收层和空穴传输层的参数设置，可以得到高性能的无电子传输层太阳能电池。所设计的太阳能电池Eff=18.22%、Jsc=17.47mA/cm2、Voc=1.19V、FF=87.27%。