Effect of Electron Transporting Layer on Power Conversion Efficiency of Perovskite-Based Solar Cell: Comparative Study

Abstract

Recently, photovoltaic energy is growing up rapidly especially in solar cell fabrication. Perovskitebased solar cell technology has been focus of interest from photovoltaic technologies due to its high power conversion efficiency and low processing cost comparing by others. The first step in solar cell fabrication is the simulation, which gives an idea about effect of different parameters on power conversion efficiently with less efforts and costs. There are a lot of software that are used in solar cell simulations, such as GPVDM, SCAPS and Silvaco Atlas. Therefore, several structures are used in perovskite-based solar cells, such as n-i-p, p-i-n, n-p-p and p-p-n. Our study is focused on n-i-p structure. For the present paper we used Silvaco Atlas software because it contains a lot of physical and recombination models based on solving the Poisson partial differential equation and carrier continuity. Moreover, this paper shows numerical simulations of planar heterojunction solar cell structures that have the following layers: hole transporting layer (HTL) / perovskite absorber layer (PVK) / electron transporting layer (ETL). However, different layer materials of ETL are used, namely cadmium sulfide (CdS) and zink oxide (ZnO) in order to study the behavior of solar cells based on perovskite (CH3NH3PbI3). This latter material used in this paper's simulation belongs to organic/inorganic type. The obtained results show that the solar cell structure based on CdS exhibits a better performance in term of power conversion efficiency (PCE) compared to that based on ZnO when using the same layer thickness.

Фотоелектрична енергія широко застосовується, особливо у виробництві сонячних елементів. Технологія сонячних елементів на основі перовскіту знаходиться в центрі уваги з боку фотоелектричних технологій завдяки високій ефективності перетворення енергії та низькій вартості обробки порівняно з іншими методами. Першим кроком у виробництві сонячних батарей є моделювання, яке дає уявлення про вплив різних параметрів на ефективне перетворення енергії з меншими витратами. Існує різноманітне програмне забезпечення, що використовується у моделюванні сонячних батарей, таке як GPVDM, SCAPS і Silvaco Atlas. Тому в сонячних елементах на основі перовскіту використовують кілька структур, таких як n-i-p, p-i-n, n-p-p і p-p-n. Наше дослідження орієнтоване на структуру n-i-p. У роботі ми використовували програмне забезпечення Silvaco Atlas, оскільки воно містить безліч фізичних і рекомбінаційних моделей, заснованих на розв'язанні рівняння Пуассона з частинними похідними і безперервності носіїв. Крім того, нами представлено чисельне моделювання планарних структур сонячних елементів гетеропереходу, який має наступні шари: шар переносу дірок / шар поглинання перовскіту / транспортуючий шар електронів. Однак використовуються різні матеріали шарів, а саме сульфід кадмію (CdS) і оксид цинку (ZnO), для вивчення поведінки сонячних елементів на основі перовскіту (CH3NH3PbI3). Останній матеріал, використаний у моделюванні даної роботи, належить до органічного / неорганічного типу. Отримані результати показують, що структура сонячних елементів на основі CdS демонструє кращу продуктивність з точки зору ефективності перетворення енергії порівняно з такою ж структурою на основі ZnO при використанні однакової товщини шару.