【摘 要】
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近年来,钙钛矿太阳能电池由于光电性能优越和成本低廉等优势异军突起。不过,若要实现商用,还需克服不少障碍,比如稳定性等。CsPbI3是一种无机卤化物钙钛矿材料,比常用的有机-无机杂化钙钛矿材料的环境稳定性强。本文使用太阳能电池模拟软件SCAPS-1D对CsPbI3钙钛矿太阳能电池进行器件性能计算。首先,建立FTO/TiO2/CsPbI3/Spiro-OMe TAD电池模型并验证其合理性,研究钙钛矿层
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近年来,钙钛矿太阳能电池由于光电性能优越和成本低廉等优势异军突起。不过,若要实现商用,还需克服不少障碍,比如稳定性等。CsPbI3是一种无机卤化物钙钛矿材料,比常用的有机-无机杂化钙钛矿材料的环境稳定性强。本文使用太阳能电池模拟软件SCAPS-1D对CsPbI3钙钛矿太阳能电池进行器件性能计算。首先,建立FTO/TiO2/CsPbI3/Spiro-OMe TAD电池模型并验证其合理性,研究钙钛矿层厚度与缺陷浓度、载流子输运层厚度、载流子输运层掺杂浓度与载流子迁移率对电池性能的影响。发现CsPbI3由于厚度和缺陷浓度直接影响光的吸收和载流子分离输运因此其跟电池性能关系密切。TiO2层由于带隙大和载流子迁移率高,其厚度和掺杂浓度均对电池性能影响很小。而Spiro-OMe TAD层由于空穴迁移率小,其厚度和掺杂浓度均对电池性能有明显的影响。然后,将FTO/TiO2/CsPbI3/Spiro-OMe TAD与单晶硅太阳能电池a-Si:H（n+）/a-Si:H（i）/c-Si:H（p+）/a-Si:H（i）/a-Si:H（p+）构成叠层电池,使用滤波光谱法实现了上下子电池的光匹配,并通过调节上下层子电池的厚度实现电流匹配,最终得到转换效率约为25.5%的叠层电池,高于相应的上下子电池效率。最后,为提高电池的稳定性,探索使用无机材料作为空穴传输层HTL。对FTO/TiO2/CsPbI3/HTL电池,比较了Spiro-OMe TAD、Cu I和Cu2O三种HTL的效果,发现由于Cu2O具有较高的空穴迁移率且与CsPbI3具有良好的能带匹配,替换效果最佳。之后将FTO/TiO2/CsPbI3/Cu2O与单晶硅电池a-Si:H（n+）/a-Si:H（i）/c-Si:H（p+）/a-Si:H（i）/a-Si:H（p+）构成了一种全无机叠层电池,进行光耦合和电流匹配优化,最后取得了约为28.2%的转换效率,使得稳定性提升的同时效率也得到提高。这些结果为理解钙钛矿太阳能电池的工作机制和设计制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了有益参考。
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