Rational design of formamidine tin-based perovskite solar cell with 30% potential efficiency via 1-D device simulation

文献情報

出版日 2023-03-03
DOI 10.1039/D2CP05226A
インパクトファクター 3.676
著者

Kaiwen Liang, Tianzhou Wang, Chaofeng Wang, Yi Guo, Yunliang Yue, Xiaohui Liu, Jing Zhang, Ziyang Hu, Yuejin Zhu


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要旨

As a promising photovoltaic technology, halide perovskite solar cells (PSCs) have recently attracted wide attention. This work presents a systematic simulation of low bandgap formamidinium tin iodide (FASnI3)-based p–n heterojunction PSCs to investigate the effects of multiple optoelectronic variations on the photovoltaic performance. The structures of the simulated devices are n–i–p, electron transport layer-free (ETL-free), hole transport layer-free (HTL-free), and inverted HTL-free. The simulation is conducted with the Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS-1D). The power conversion efficiencies (PCEs) dramatically decrease when the acceptor doping density (NA) of the absorber layer exceeds 1016 cm−3. For all devices, the photovoltaic parameters dramatically decrease when the absorber defect density (Nt) is over 1015 cm−3, and the best absorber layer thickness is 1000 nm. It should be pointed out that the Nt and the interface defect layer (IDL) are the primary culprits that seriously affect the device performance. When the interfacial defect density (Nit) exceeds 1012 cm−3, PCEs begin to decline significantly. Therefore, paying attention to these defect layers is necessary to improve the PCE. Furthermore, the proper conduction band offset (CBO) between the electron transport layer (ETL) and absorber layer positively affects PSCs’ performance. These simulation results help fabricate highly efficient and environment-friendly narrow bandgap PSCs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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