【摘 要】
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随着社会的快速发展,化石燃料在近几十年的急剧消耗,导致了重大的环境问题,如污染、全球变暖、气候变化。并且自然资源的有限性和电力价格的不断上涨也引起了全球的能源危机。所以寻找可再生的清洁能源,即高效合理利用太阳能,制造高转换效率的太阳能电池是解决能源危机的有效方法之一。由于单结太阳能电池的能量转换效率受到Shockley-Quiesser极限的限制,所以发展研究叠层太阳能电池是实现高效率的有效途径,
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随着社会的快速发展,化石燃料在近几十年的急剧消耗,导致了重大的环境问题,如污染、全球变暖、气候变化。并且自然资源的有限性和电力价格的不断上涨也引起了全球的能源危机。所以寻找可再生的清洁能源,即高效合理利用太阳能,制造高转换效率的太阳能电池是解决能源危机的有效方法之一。由于单结太阳能电池的能量转换效率受到Shockley-Quiesser极限的限制,所以发展研究叠层太阳能电池是实现高效率的有效途径,另外在近几年光伏技术发展过程中,叠层钙钛矿太阳能电池（PTSCs）已逐步成为商业化的领跑者。本论文使用SCAPS软件对叠层钙钛矿太阳能电池进行了理论上的模拟,并探究了该电池的各层材料参数变化对电池效率的影响,具体内容如下:1.使用SCAPS软件对叠层钙钛矿太阳能电池的宽/窄带隙吸收层的厚度和电子传输层SnO2的厚度进行模拟研究,模拟时宽带隙吸收层厚度的取值范围为100nm～900 nm,窄带隙吸收层厚度的取值范围为150 nm～600 nm。得到以下模拟结果,对于宽/窄带隙吸收层厚度的取值,不能使吸收层过薄也不能使吸收层过厚,当窄带隙吸收层的厚度为300 nm,宽带隙吸收层的厚度为500 nm,此时叠层钙钛矿太阳能电池的短路电流值为21.06 m A/cm~2,效率最大值为21.95%。模拟时将SnO2的厚度取值范围定为20 nm～100 nm时,综合模拟数据结果得到,当SnO2的厚度取值为20 nm时,叠层钙钛矿太阳能电池的短路电流值为21.09 m A/cm~2,电池效率最大为22.21%。2.为了研究所模拟的叠层钙钛矿太阳能电池的PEDOT:PSS（HTL）层特性,主要选取了空穴迁移率和受主浓度这两个常用参数,通过改变二者参数值大小,研究其对电池转换效率（PCE）的影响。研究结果显示,叠层钙钛矿太阳能电池的HTL层的空穴迁移率取值范围为2 cm~2/Vs～2.0×10-3cm~2/Vs,受主浓度取值为1×1019cm-3时,电池的短路电流最大值为21.30 m A/cm2.,效率最大值为23.35%。3.宽/窄带隙吸收层的电子空穴俘获截面大小值的选取,直接影响复合中心对电子和空穴的俘获能力。本文将宽/窄带隙吸收层的电子空穴俘获截面的取值范围分别定为2×10-12cm~2～2×10-21cm~2和2×10-13cm~2～2×10-19cm~2。数据结果显示,宽/窄带隙吸收层的电子空穴俘获截面取值为2×10-19cm~2/2×10-19cm~2时,电池的性能表现达到最佳状态,此时叠层钙钛矿太阳能电池的短路电流为21.52 m A/cm~2,填充因子为59.08%,效率最大值为23.80%。4.为了进一步提升电池的内部性能,提高电池的填充因子,本文对电池的界面缺陷密度进行了模拟研究。通过模拟结果得出,叠层钙钛矿太阳能电池的界面缺陷密度值为1×10~6cm-3时,电池的短路电流为21.52 m A/cm~2,填充因子值为71.65%,电池效率为23.80%。
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