Electron Transport Layer Material Optimization for Cs2AgBiBr6 Based Solar Cell Using SCAPS

Abstract

Проблеми з токсичністю та стабільністю перовскітних сонячних батарей на основі свинцю обмежили комерціалізацію. Подвійний перовскіт на основі цезію, що не містить свинцю, може стати життєздатною відповіддю на ці проблеми. У цій роботі проведено теоретичний аналіз подвійної перовскітної сонячної батареї на основі цезію з використанням Spiro-OMeTAD як шару для транспортування дірок і ефекту різних ETL, таких як SnO2, ZnO-NR, TiO2 і CdS. Було використано оптимізовану товщину активного шару 0,3 мкм і змодельовано структуру пристрою FTO/ETLs/Cs2AgBiBr6/Spiro-OMeTAD/Cu. Симулятор ємності сонячних батарей (SCAPS-1D) використовувався для одновимірного моделювання та аналізу. Максимальний PCE 5,62 % було знайдено з використанням SnO2 як ETL. Продуктивність пристрою була оптимізована шляхом використання різних ETL, і було виявлено, що найбільш підходящим ETL для цієї структури є SnO2. Максимальна квантова ефективність 86,09 % отримана для електроннотранспортного шару SnO2. Результати моделювання перспективні та дадуть глибокі вказівки щодо заміни токсичного перовскіту на основі свинцю екологічно чистими сонячними елементами з неорганічного перовскіту.

The toxicity and stability concerns of lead based perovskite solar cells have limited the commercialization. The lead-free Cesium based double perovskite could be a viable answer to these issues. In this present work a theoretical analysis of Cesium based double perovskite solar cell using Spiro-OMeTAD as hole transport layer and effect of different ETLs such as SnO2, ZnO-NR, TiO2 and CdS has been studied. The optimized active layer thickness of 0.3 m has been used and a device structure of FTO/ETLs/Cs2AgBiBr6/Spiro-OMeTAD/Cu was simulated. The Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS-1D) was used for one dimensional simulation and analysis. The maximum PCE of 5.62 % was found using SnO2 as ETL. The device performance has been optimized by employing various ETLs and the most suitable ETL for this structure was found to be SnO2. The maximum quantum efficiency of 86.09 % has been found for SnO2 electron transport layer. The simulation results obtained in this study are encouraging and will provide insightful guidance in replacing toxic Pb-based perovskite with eco-friendly inorganic perovskite solar cell.