Scientific Reports ( IF 3.8 ) Pub Date : 2023-02-13 , DOI: 10.1038/s41598-023-28506-2
M Khalid Hossain 1 , G F Ishraque Toki 2 , Abdul Kuddus 3 , M H K Rubel 4 , M M Hossain 5 , H Bencherif 6 , Md Ferdous Rahman 7 , Md Rasidul Islam 8 , Muhammad Mushtaq 9
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氯化铯锡 (CsSnCl 3 ) 是一种用于无铅钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的具有潜力和竞争力的吸收材料。由于无缺陷器件制造、电子传输层 (ETL)、空穴传输层 (HTL) 的未优化对准以及有利的器件配置等可能存在的挑战,CsSnCl 3 的全部潜力尚未实现。在这项工作中,我们提出了几种基于 CsSnCl 3的太阳能电池 (SC) 配置,使用一维太阳能电池电容模拟器 (SCAPS-1D) 和不同的有效 ETL,如铟-镓-锌-氧化物 (IGZO)、二氧化锡 (SnO) 2)、二硫化钨(WS 2)、二氧化铈(CeO 2)、二氧化钛(TiO2 )、氧化锌(ZnO)、C 60、PCBM、HTLs的氧化亚铜(Cu 2 O)、氧化铜(CuO)、氧化镍(NiO)、氧化钒(V 2 O 5 )、碘化铜(CuI) ), CuSCN, CuSbS 2 , Spiro MeOTAD, CBTS, CFTS, P3HT, PEDOT:PSS。模拟结果表明,具有 ITO/ETLs/CsSnCl 3 /CBTS/Au 异质结构的ZnO、TiO 2、IGZO、WS 2、PCBM 和 C 60 ETLs 基卤化物钙钛矿表现出出色的光转换效率,在 96 种不同配置中保持最接近的光伏参数值。此外,对于六种性能最佳的配置,CsSnCl 3的影响评估了吸收体和 ETL 厚度、串联和分流电阻、工作温度、电容的影响、Mott-Schottky、生成和复合率、电流-电压特性以及量子效率对性能的影响。我们发现具有 CBTS HTL 的 TiO 2、ZnO 和 IGZO 等 ETL 可以作为制造 CsSnCl 3基高效(η≥22 %)ITO/ETL/CsSnCl 3 /CBTS/Au异质结 SCs 的优秀材料结构。SCAPS-1D对最好的六种CsSnCl 3的模拟结果- 钙钛矿 SC 配置通过 wxAMPS(提供微电子和光子结构分析的小部件)工具进行比较以进一步验证。此外,使用基于密度泛函理论的第一性原理计算,计算和分析了CsSnCl 3钙钛矿吸收层的结构、光学和电子特性以及电子电荷密度和费米面。因此,这种深入的模拟为制造具有成本效益、高效且无铅 CsSnCl 3钙钛矿基高性能 SC 铺平了一条建设性的研究途径,以实现无铅绿色和无污染环境。

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