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利用金属功函数偏移接触的无电荷传输层钙钛矿太阳能电池数值模拟

DOI：10.1016/j.ijleo.2019.163646 期刊：Optik 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 钙钛矿太阳能电池（PSCs）是研究领域发展最快的光伏技术之一。为实现更高转换效率，钙钛矿吸光层通常夹在电子传输层和空穴传输层等电荷传输层（CTLs）之间。然而制备无缺陷多层PSC具有挑战性，且电荷传输层及其与钙钛矿的界面会加剧复合、迟滞效应并导致稳定性差。本研究采用功函数偏移接触模拟了无电荷传输层（即无电子/空穴传输层）的PSC。该器件无需传输层，通过钙钛矿层间电场实现载流子收集——该电场由功函数分别为4.35eV（阴极）和5.25eV（阳极）的两种金属（可通过自组装单分子层技术实现）形成。模拟的无CTL PSC在250nm厚钙钛矿吸光层（体缺陷密度2.5×1013 cm?3）条件下，展现出JSC=17.8 mA·cm?2、VOC=712 mV、FF=68.5%及PCE=8.7%的性能。进一步系统研究了前电极功函数（FEW）、前电极透光率、钙钛矿厚度及体缺陷密度对器件性能的影响。能带图分析表明：前后电极功函数差越大、透光性越高、钙钛矿层越厚且缺陷密度越低时，无CTL PSC的光伏效应更优。优化后的器件参数为JSC=19.9 mA·cm?2、VOC=726 mV、FF=66.8%及PCE=9.7%。该设计为下一代无界面缺陷与迟滞效应的PSC开辟了新途径。
作者： Jaya Madan，Sparsh Garg，Kartavya Gupta，Shivam Rana，Aanchal Panday，Rahul Pandey
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

设计并研究一种不使用电子传输层和空穴传输层等电荷传输层（CTLs）的单层钙钛矿太阳能电池（PSC），利用钙钛矿层两侧的电场引导电子和空穴分别向相反电极移动，从而无需依赖传输层。

研究成果

数值模拟表明，采用金属功函数偏移接触的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池可实现高效的载流子收集和功率转换效率。优化参数包括电极间更高的金属功函数差值、更高的前电极透光率，以及具有低缺陷密度的高厚度钙钛矿层。该设计为下一代无界面缺陷和无迟滞效应的钙钛矿太阳能电池提供了实现路径。

研究不足

该研究基于数值模拟，可能无法完全捕捉所有现实物理现象。金属功函数偏移接触的实际实现以及无缺陷钙钛矿层的制备仍具挑战性。

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