Study of Effect of Temperature on Lead Free Cesium-Based Double Perovskite Solar Cell by Using SCAPS-1D

Abstract

Проблеми стабільності перовскітних сонячних батарей на основі свинцю обмежили комерціалізацію. Подвійний перовскіт на основі цезію, що не містить свинцю, може стати життєздатною відповіддю на ці проблеми. Він демонструє вражаючі оптоелектронні властивості, високу екологічну стабільність і низьку токсичність. У цій роботі було вивчено теоретичний аналіз подвійного перовскітного сонячного елемента на основі цезію з використанням Spiro-OMeTAD як шару транспортування дірок і SnO2 як ETL. Подвійний перовскіт Cs2AgBiBr6 має хороші оптичні та електронні властивості. Для цього дослідження була змодельована структура пристрою FTO/SnO2/Cs2AgBiBr6/Spiro-OMeTAD/Cu. Симулятор ємності сонячних батарей (SCAPS-1D) використовувався для одновимірного моделювання та аналізу. Для дослідження використовувався оптимізований активний шар 0,3 мкм. PCE, Voc, Jsc і FF були отримані з використанням Spiro-OMeTAD як HTL і SnO2 як ETL. Максимальний PCE 10,6675% і максимальна квантова ефективність 86,17025% були знайдені при робочій температурі 275 K. Результати моделювання, отримані в цьому дослідженні, є обнадійливими. Він надасть глибокі вказівки щодо заміни зазвичай використовуваного токсичного перовскіту на основі Pb екологічно чистими, високоефективними неорганічними подвійними перовскітними сонячними елементами.

The pernicious 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. It exhibits encouraging optoelectronic properties, high environmental stability and low toxicity. In this present work a theoretical analysis of Cesium based double perovskite solar cell using Spiro-OMeTAD as hole transport layer and SnO2 as ETL has been studied. The double perovskite Cs2AgBiBr6 has good optical and electronic features. For this study, a device structure of FTO/SnO2/Cs2AgBiBr6/Spiro-OMeTAD/Cu was simulated. The Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS-1D) was used for one dimensional simulation and analysis. The optimized active layer of 0.3 µm was used for the study. PCE, Voc, Jsc and FF were obtained using SpiroOMeTAD as HTL and SnO2 as ETL. The maximum PCE of 10.6675% and the maximum quantum efficiency of 86.17025% were found at 275 K working temperature. The simulation results obtained in this study are encouraging. It will provide insightful guidance in replacing commonly used toxic Pb-based perovskite with ecofriendly, highly efficient inorganic double perovskite solar cell.