High photovoltaic performance of lead-free Cs2AgInCl6-xBrx perovskite solar cell using DFT and SCAPS-1D simulations

材料科学 带隙 光伏系统 钙钛矿(结构) 太阳能电池 直接和间接带隙 摩尔吸收率 载流子 有效质量(弹簧-质量系统) 钙钛矿太阳能电池 光电子学 光学 结晶学 化学 生态学 物理 量子力学 生物
作者
Brij Kumar Bareth,Madhvendra Nath Tripathi,Ragini Maravi
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier]
卷期号:39: 108618-108618 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2024.108618
摘要

The search of the lead-free highly efficient photovoltaic material is a key challenge for next generation solar cells. The structural, electronic, and optical properties of lead-free double perovskite Cs2AgInCl6-xBrx (x= 0,1,2,3,4,5 and 6) were investigated using density functional theory and its photovoltaic performance by using one-dimensional solar cell capacitance simulator SCAPS-1D. By increasing Br content in Cs2AgInCl6, the lattice parameter increases and the electronic band gap decreases without affecting the direct nature of band gap at Г- point. By mixing Br in Cs2AgInCl6 also provides an effective way to tune the energy band gap. In addition, increasing the Br content in mixed halide composition Cs2AgInCl6-xBrx (x= 0,1,2, 3,4,5 and 6) reproduces more dispersive conduction band minima and valence band maxima result in lower effective masses of both charge carriers and consequently higher bipolar carrier mobility. The optical properties of Cs2AgInCl6-xBrx, such as absorption coefficient, reflectivity, dielectric constants, refractive index, and extinction coefficient were investigated with different Br concentrations. Among all compositions, the Cs2AgInClBr5 exhibits better optical properties and behaves as poor reflector and good absorber in the visible region. The photovoltaic performance of different absorber layers of Cs2AgInCl6-xBrx compositions in the perovskites solar cell module with configuration FTO/ETL/Cs2AgInCl6-xBrx /HTL/Au is analysed by using the SCAPS-1D. It is also observed that Cs2AgInClBr5 has high bipolar carrier mobility, relatively higher stability and direct band gap value of 1.75 eV with the PCE of 21.95% in the visible region indicate the suitability of the Cs2AgInClBr5 as a promising lead-free photovoltaic material.
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