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

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。