Optimization of germanium-based perovskite solar cells by SCAPS simulation

钙钛矿(结构) 能量转换效率 费米能级 带隙 材料科学 光电子学 钙钛矿太阳能电池 光电效应 图层(电子) 电子迁移率 电子 化学 纳米技术 结晶学 物理 量子力学
作者
Xiangrui Meng,Tianhang Tang,Ruitao Zhang,Kaiyuan Liu,Wenhao Li,Lan Yang,Yubao Song,Xiaoxun Ma,Zhihai Cheng,Jihuai Wu
出处
期刊:Optical Materials [Elsevier]
卷期号:128: 112427-112427 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.optmat.2022.112427
摘要

In recent years, non-toxic germanium-based perovskite solar cells have attracted wide attention, but the efficiency is not high. We designed a new type of germanium-based perovskite structure to improve the efficiency (FTO/Cd0.5Zn0.5S/IDL1/CH3NH3GeI3/IDL2/MASnBr3/Au). We chose Cd0.5Zn0.5S and MASnBr3 as electron transport material (ETM) and hole transport material (HTM) respectively. Considering the interface recombination and interface quality, we added the interface defect layer (IDL1, IDL2) on both sides of the perovskite layer. We preliminarily simulated the designed battery structure with SCAPS and the results showed that the power conversion efficiency (PCE) was 13.18%. We analyzed the effects of key parameters of each layer, such as temperature, bandgap, thickness, electron affinity, defect density, on device performance and calculated the optimal value. Ge-based perovskite with high ionic conductivity and good electronic properties. Cd0.5Zn0.5S has higher electron quasi-Fermi level and MASnBr3 has lower hole quasi-Fermi level, which can better match the energy band of perovskite layer and promote the migration of carriers. Our optimized key parameters reduce the electron-hole recombination and enhance the photoelectric conversion efficiency of the battery. The PCE of the battery is 38.15% higher than before. Our simulation results provide a reference for the following study of Ge-based perovskites.
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