研究目的
开发一种使用无机电荷传输材料的无铅金属卤化物钙钛矿太阳能电池结构，以解决钙钛矿太阳能电池中铅的毒性问题。
研究成果
所提出的无铅钙钛矿太阳能电池结构在最佳钙钛矿层厚度为700纳米时实现了19.84%的功率转换效率。该研究强调了层厚优化的关键作用以及界面缺陷对器件性能的重大影响。该器件在20°C至50°C的温度范围内表现最佳，其中30°C为理想工作温度。
研究不足
该研究基于计算建模与模拟，可能无法完全反映所有现实条件及材料特性。研究未探讨温度之外其他环境因素对器件稳定性及性能的影响。
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采用无机电荷传输材料的无铅钙钛矿太阳能电池数值模拟
DOI：10.1016/j.matpr.2020.02.545
期刊：Materials Today: Proceedings
出版年份：2020
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
在首次被提及用于太阳能电池应用十年后，有机-无机杂化钙钛矿仍是光伏研究的核心焦点。通过合理选择不同功能层的材料，目前器件功率转换效率（PCE）已突破24%。但金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）含有的有毒铅元素，成为其商业化进程中的重大隐患。为解决钙钛矿基太阳能电池的铅毒性问题，学界正加紧研发无铅金属卤化物钙钛矿材料。本文提出一种新型太阳能电池结构：FTO/过渡金属二硫属化合物/钙钛矿/硫氰酸铜/Au。其中采用高电子迁移率的二硫化钨作为电子传输层（ETM），兼具高透光率与理想能带匹配特性的硫氰酸铜则作为空穴传输层（HTM）。研究系统考察了钙钛矿层、电子传输层及空穴传输层厚度变化对性能参数的影响，在最优钙钛矿层厚度700 nm时获得19.84%的PCE值——当厚度超过700 nm时，因电子-空穴复合加剧导致效率下降。研究还深入分析了界面缺陷的影响：模拟显示当光从ETM侧入射时，ETM/钙钛矿界面缺陷对性能参数的影响显著大于钙钛矿/HTM界面缺陷。此外探究了温度变化对器件性能的影响，结果表明PSC在20-50°C区间呈现最佳性能，其中30°C为理想工作温度。
作者：
Anjan Kumar，Sangeeta Singh
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