ZnSnN2太阳能电池的性能模拟与参数优化

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迄今为止,世界各国都在大力发展太阳能电池,以此作为可持续发展社会的重要保障。Zn Sn N2太阳能电池相比目前的市面上主流的硅基电池,以及新兴的以Cd Te、CIGS、以及MAPb I3为代表的薄膜太阳能电池,有着原材料来源丰富、无毒、性质稳定以及可靠性强等优点,且Zn Sn N2自身也具有光吸收系数大,禁带宽度可调节的特质。因此,以Zn Sn N2为核心的太阳能电池值得开展研究。虽然目前的实验成果较少,且效率不佳,但这是因为人们对Zn Sn N2还是初步认识的阶段。我们可以通过合理的调节参数,设计器件结构,从而不断优化Zn Sn N2光伏器件的表现。而合适的模拟可以让我们避免长时间且成本高的重复试验,通过模拟的数据总结出性能随参数变化的规律,从而帮助我们在前期设立一个合适的方向,以便之后开展更有效的实验。本文建立Zn Sn N2/Cu Cr O2、Zn Sn N2/Cu2O、Zn Sn N2/Ni O这3种不同结构的太阳能电池。通过wx AMPS软件模拟了电池不同层厚度之间的匹配、复合中心浓度、临界复合浓度、迁移率以及电子浓度与效率的关系。发现大多数电池可以通过p型半导体与n型半导体厚度的匹配,降低复合中心浓度,在一个合适的迁移率以及电子浓度范围内提升效率。同时也找到了一个可以让电池效率随着吸收层厚度增长而增长的临界复合浓度,达到该临界复合浓度即可大大提升效率,是影响电池效率的主要因素。此外,我们还对3种电池分别作了量化分析,在高浓度复合中心的效率接近目前已发表的实验结果,因此也阐明了Zn Sn N2太阳能电池效率提升的方向,为后续试验建立了指向性策略。
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