Impact of Absorbing Layer Band Gap and Light Illumination on the Device Performance of a Single Halide Cs2TiX6 Based PSC

Abstract

Комплексне дослідження впливу ширини забороненої зони активного шару та освітленості на продуктивність пристрою було проведено для перовскітного сонячного елемента (PSC) на основі FTO/TiO2/Cs2TiX6/CuSCN/Ag з використанням одновимірного симулятора ємності сонячних елементів (SCAPS-1D). Сучасна стратегія проектування пристрою для оптимізації струму короткого замикання (JSC, мА/см2), ефективності перетворення енергії (PCE, %) за рахунок зміни ширини забороненої зони поглинаючого шару та спектру освітленості була досліджена при оптимальних значеннях товщини, температури пристрою і щільності дефектів. Величини різних параметрів, використаних при моделюванні пристрою, було взято з попередньої роботи. Дане дослідження виявило, що для пристрою на основі поглинаючих шарів Cs2TiBr6 та Cs2TiF6 максимальне значення PCE спостерігається при ширині забороненої зони 1,80 еВ, тоді як для пристрою PSC на основі поглинаючих шарів Cs2TiI6 та Cs2TiCl6 максимальне значення PCE досягнуто при ширині забороненої зони 1,60 еВ. З іншого боку, оптимальне значення PCE можна досягти при освітленні з довжиною хвилі 400 нм для PSC на основі поглинаючих шарів Cs2TiBr6, Cs2TiI6 та Cs2TiF6. Для пристрою PSC на основі поглинаючого шару Cs2TiCl6 зафіксовано максимальне значення PCE при довжині хвилі 450 нм і різному освітленні.A comprehensive study on impact of active layer band gap and light illumination on the device performance has been analyzed for the FTO/TiO2/Cs2TiX6/CuSCN/Ag based Perovskite Solar Cell (PSC) using the Solar Cell Capacitance Simulator – 1 Dimension (SCAPS-1D) simulator. The present design strategy of the device for optimizing the short circuit current (JSC, mA/cm2), power conversion efficiency (PCE, %) through the absorbing layer band gap variation, and light illumination spectrum has been studied at the optimal thickness, device temperature, and defect density. The value of the different parameters used in the device simulation has been taken from the previous work. From this study, it was revealed that Cs2TiBr6, and Cs2TiF6 absorbing layer based PSC device has recorded maximum PCE at the 1.80 eV band gap, whereas, for the Cs2TiI6, Cs2TiCl6 absorbing layer based PSC device has achieved maximum PCE at the 1.60 eV band gap. On the other side, optimum PCE can be achieved at 400 nm wavelength on the light illumination for the Cs2TiBr6, Cs2TiI6, and Cs2TiF6 absorbing layer based PSC. The Cs2TiCl6 absorbing layer based PSC device has recorded maximum PCE at 450 nm wavelength on the different light illumination.