Three-Dimensional Opto-Electro-Thermal Coupled Modeling of Perovskite Solar Cells Using Comsol and Heat Transfer Interface Optimization

接口(物质) 材料科学 传热 热的 钙钛矿(结构) 机械工程 机械 热力学 复合材料 物理 化学工程 工程类 毛细管数 毛细管作用
作者
Mingze Li,Hao Wu,Zizheng Wang,J. Y. Zhu,Beitao Ren,Yang Cao,Yiliang He,Zhelin Mao,Long Xiao,Daquan Zhang,Zhiyong Fan,Yu Fu
出处
期刊:Journal of physics [IOP Publishing]
卷期号:3093 (1): 012013-012013
标识
DOI:10.1088/1742-6596/3093/1/012013
摘要

Abstract Thermal characteristics significantly affect the performance and long-term stability of perovskite solar cells (PSCs), but comprehensive investigations in this area remain limited. In nanoscale PSCs, direct measurement of internal temperature and heat flux density is challenging, making thermal simulation an essential tool to explore heat generation and distribution mechanisms. This work presents a systematic three-dimensional simulation of the optoelectronic—thermal coupling behavior in typical PSCs. The model fully integrates electromagnetic wave propagation, absorption, reflection, and transmission under AM1.5G solar illumination, along with carrier generation, transport, and recombination, coupled with heat generation, conduction, and natural convective cooling within a multiphysics framework. The simulation outputs include Joule heating, non-radiative recombination heat, heat flux distribution across functional layers, carrier concentration, electric field distribution, Shockley-Read-Hall (SRH) recombination heat, total heat flux, and the steady-state temperature profiles. These results provide valuable insights into energy conversion and thermal transport within PSCs. Thermal accumulation during operation can induce material degradation, ultimately compromising device efficiency and lifespan. And hence, the effective thermal management strategies are crucial for improving PSCs' operational reliability. To address this, an interfacial engineering approach is proposed utilizing Aluminum nitride thin films to optimize thermal management within PSCs, thereby enhancing their thermal stability and extending device lifespan.
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