Evaluating the influence of novel charge transport materials on the photovoltaic properties of MASnI 3 solar cells through SCAPS-1D modelling

光伏系统 材料科学 带隙 兴奋剂 钙钛矿(结构) 光电子学 能量转换效率 电子迁移率 载流子 热稳定性 纳米技术 化学工程 生态学 生物 工程类
作者
Khalid Afridi,Muhammad Noman,Shayan Tariq Jan
出处
期刊:Royal Society Open Science [Royal Society]
卷期号:11 (1) 被引量:24
标识
DOI:10.1098/rsos.231202
摘要

In recent decades, substantial advancements have been made in photovoltaic technologies, leading to impressive power conversion efficiencies (PCE) exceeding 25% in perovskite solar cells (PSCs). Tin-based perovskite materials, characterized by their low band gap (1.3 eV), exceptional optical absorption and high carrier mobility, have emerged as promising absorber layers in PSCs. Achieving high performance and stability in PSCs critically depends on the careful selection of suitable charge transport layers (CTLs). This research investigates the effects of five copper-based hole transport materials and two carbon-based electron transport materials in combination with methyl ammonium tin iodide (MASnI 3 ) through numerical modelling in SCAPS-1D. The carbon-based CTLs exhibit excellent thermal conductivity and mechanical strength, while the copper-based CTLs demonstrate high electrical conductivity. The study comprehensively analyses the influence of these CTLs on PSC performance, including band alignment, quantum efficiency, thickness, doping concentration, defects and thermal stability. Furthermore, a comparative analysis is conducted on PSC structures employing both p-i-n and n-i-p configurations. The highest-performing PSCs are observed in the inverted structures of CuSCN/MASnI 3 /C 60 and CuAlO 2 /MASnI 3 /C 60 , achieving PCE of 23.48% and 25.18%, respectively. Notably, the planar structures of Cu 2 O/MASnI 3 /C 60 and CuSbS 2 /MASnI 3 /C 60 also exhibit substantial PCE, reaching 20.67% and 20.70%, respectively.

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