DE202023103171U1 - An efficient perovskite solar cell device based on copper iodide and tin oxide - Google Patents
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Abstract
Eine effiziente Perowskit-Solarzellenvorrichtung (100) auf der Basis von Kupferiodid und Zinnoxid, wobei die Vorrichtung (100) aus mehreren miteinander verbundenen Schichten besteht, wobei die mehreren Schichten Folgendes umfassen:
einen Frontkontakt (102);
ein transparentes leitendes Oxid (TCO) (104) in Verbindung mit dem Frontkontakt (102), bestehend aus Zinnoxid (SnO2F);
eine Pufferschicht (106), die zwischen dem TCO (104) und einer ersten Defektschicht (108) liegt;
eine Absorberschicht (110) in Verbindung mit der ersten Defektschicht (108), bestehend aus organischen Bleihalogenid-Perowskiten (CH3NH3PbI3-xClx);
eine zweite Defektschicht (112), die mit der Absorberschicht (110) verbunden ist; Und
eine Lochtransportschicht (114), die aus Kupferiodid (CuI) besteht und zwischen der zweiten Defektschicht (112) und einem Rückkontakt (116) liegt.
An efficient perovskite solar cell device (100) based on copper iodide and tin oxide, the device (100) being composed of multiple layers bonded together, the multiple layers comprising:
a front contact (102);
a transparent conductive oxide (TCO) (104) in connection with the front contact (102) consisting of tin oxide (SnO 2 F);
a buffer layer (106) interposed between the TCO (104) and a first defect layer (108);
an absorber layer (110) in connection with the first defect layer (108) consisting of organic lead halide perovskites (CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x );
a second defect layer (112) connected to the absorber layer (110); And
a hole transport layer (114) composed of copper iodide (CuI) and interposed between the second defect layer (112) and a back contact (116).
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Solarzellenvorrichtungen. Insbesondere betrifft der vorliegende Gegenstand eine effiziente, ungiftige Perowskit-Solarzellenvorrichtung, die Kupferiodid und Zinnoxid enthält.The present invention relates to the field of solar cell devices. More particularly, the present subject matter relates to an efficient, non-toxic perovskite solar cell device containing copper iodide and tin oxide.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Das weit verbreitete Bewusstsein über das Aussterben nicht erneuerbarer Energien hat Forscher dazu gedrängt, sich für die Erforschung und Nutzung erneuerbarer Energien zu entscheiden. Solarzellen sind eine der schnell wachsenden Technologien. Solarzellen unterliegen auch einigen Herausforderungen hinsichtlich Umgebung, Implementierung und Herstellung. Da Solarenergie eine frei verfügbare Quelle ist, ist der Energieverlust am wenigsten störend, aber die Menge der genutzten Energie ist eines der Hauptanliegen. Da bei Solarzellen fast 50 % der Energie nicht genutzt werden. Die Anwendungen von Solarzellen halten überall im modernen Lebensstil sowie in ländlichen Gebieten Einzug. Für jede Solarzelle ist eine höhere Effizienz der Energieumwandlung immer ein wichtiges Designziel, da sie eine maximale Energieausnutzung ermöglicht.The widespread awareness of the extinction of non-renewable energy has pushed researchers to decide to explore and use renewable energy. Solar cells are one of the fast growing technologies. Solar cells also face some environmental, implementation, and manufacturing challenges. Because solar energy is a freely available source, energy loss is the least of your concern, but the amount of energy used is a major concern. Since with solar cells almost 50% of the energy is not used. Solar cell applications are pervasive in modern lifestyles as well as in rural areas. For any solar cell, higher energy conversion efficiency is always an important design goal as it enables maximum energy utilization.
Es gibt viele Anwendungen, bei denen Solarzellen als Solarheizungen, Solarleuchten, Batterien, Satelliten usw. verwendet werden können. HTL und ETL werden integriert, um die Effizienz zu steigern und die Bewegung von Löchern und Elektronen innerhalb der Grenzflächen zu steuern. Die Integration verschiedener Schichten in die Architektur von Solarzellengeräten hat Möglichkeiten zur Erforschung verschiedener Materialien eröffnet, die für eine verbesserte Leistung von Solarzellen integriert werden können. Alternativen für die antitoxischen Perowskit-Solarzellen (PSCs) gewinnen große Aufmerksamkeit als praktikable Option für die Erforschung, da bleibasierte Halogenid-Perowskite toxische Eigenschaften aufweisen. Wolframdisulfid ist eine ungiftige, machbare neue Option mit einer direkten Bandlücke von 1.8 eV. Solarzellen scheinen die beste Alternative zu sein, um verfügbare Lichtenergie in Strom umzuwandeln.There are many applications where solar cells can be used as solar heaters, solar lights, batteries, satellites, etc. HTL and ETL are integrated to increase efficiency and control the movement of holes and electrons within the interfaces. The integration of different layers in the architecture of solar cell devices has opened opportunities to explore different materials that can be integrated for improved solar cell performance. Alternatives to the anti-toxic perovskite solar cells (PSCs) are gaining a lot of attention as a viable option for research since lead-based halide perovskites exhibit toxic properties. Tungsten disulfide is a non-toxic, viable new option with a direct bandgap of 1.8 eV. Solar cells seem to be the best alternative to convert available light energy into electricity.
Gemäß einer Anwendung des Standes der Technik kann PSC als Absorberschicht mit Varianten als organisch-anorganisches PSC verwendet werden. Die PSC-Halogenide können den Bereich der Absorptionswellenlänge beeinflussen. Der Bromidperowskit ist für kürzere Wellenlängen geeignet, während der Jodidperowskit für längere Wellenlängen verwendet wird. Der PSC behält sehr gute optische und elektrische Eigenschaften. Dennoch hängt die Stabilität von PSCs von der Morphologie und der Materialauswahl ab. Die für die verschiedenen Schichten ausgewählten Materialien bestimmen das Verhalten der Zelle. Das Material mit einer geringen Bandlücke sollte eine große VOChaben .According to an application of the prior art, PSC can be used as an absorber layer with variants as organic-inorganic PSC. The PSC halides can affect the absorption wavelength range. The bromide perovskite is suitable for shorter wavelengths while the iodide perovskite is used for longer wavelengths. The PSC retains very good optical and electrical properties. However, the stability of PSCs depends on the morphology and the choice of materials. The materials chosen for the different layers determine the behavior of the cell. The material with a low band gap should have a large VOC.
Die US-Patentanmeldung
Die CN-Patentanmeldung 111640870 offenbart eine Perowskit-Solarzelle und ein Herstellungsverfahren und umfasst die folgenden Schritte: Aufschleudern einer Elektronentransportschicht auf ein transparentes leitfähiges Substrat; Aufschleudern von Bleijodidkolloid auf die Elektronentransportschicht und Durchführen einer Glühkristallisationsbehandlung, um einen Bleijodidfilm zu bilden; Rotationsauftragen von Halogenidkationen auf den Bleiiodid-Dünnfilm und Durchführen einer Glühkristallisationsbehandlung, um eine Perowskit-Lichtabsorptionsschicht und eine Bleiiodid-Passivierungsstruktur zu erzeugen; Aufsprühen von Bleiiodidkolloid mit einem Beschichtungsmaterial auf die Perowskit-Lichtabsorptionsschicht, um eine Bleiiodidkristall-Passivierungsschicht zu bilden; Vorbereiten einer Lochtransportschicht auf der Bleiiodidkristall-Passivierungsschicht; Auf der Lochtransportschicht wurde eine Silberelektrode vorbereitet.CN patent application 111640870 discloses a perovskite solar cell and manufacturing method and comprises the steps of: spin coating an electron transport layer on a transparent conductive substrate; spin-coating colloid of lead iodide on the electron transport layer and performing an annealing treatment to form a lead iodide film; spin-coating halide cations on the lead iodide thin film and performing annealing treatment to produce a perovskite light absorbing layer and a lead iodide passivation structure; spraying lead iodide colloid with a coating material on the perovskite light absorption layer to form a lead iodide crystal passivation layer; preparing a hole transport layer on the lead iodide crystal passivation layer; A silver electrode was prepared on the hole transport layer.
Der oben genannte Stand der Technik offenbart jedoch eine weniger effiziente Perowskit-Solarzelle.However, the above prior art discloses a less efficient perovskite solar cell.
Perowskit-Solarzellenvorrichtung auf Kupferiodid- und Zinnoxidbasis mit einem Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 35.83 %.Copper iodide and tin oxide based perovskite solar cell device with a power conversion efficiency of 35.83%.
Die durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Fortschritte überwinden die Einschränkungen und Nachteile bestehender und herkömmlicher Systeme und Methoden.The technical advances disclosed by the present invention overcome the limitations and disadvantages of existing and conventional systems and methods.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine effiziente Perowskit-Solarzellenvorrichtung auf Basis von Kupferiodid und Zinnoxid.The present invention generally relates to an efficient perovskite solar cell device based on copper iodide and tin oxide.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Perowskit-Solarzellenvorrichtung zu simulieren ;One object of the present invention is to simulate a perovskite solar cell device;
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine effiziente Solarzelle mit einem Energieumwandlungswirkungsgrad von 35.83 % bereitzustellen ; UndA further aim of the present invention is to provide an efficient solar cell with an energy conversion efficiency of 35.83%; And
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Parameter des Designs von Perowskit-Solarzellen (PSC) zu bewerten, wobei Kupferiodid (CuI) als Lochtransportschicht und Zinnoxid (SnO2F) als transparentes leitendes Oxid verwendet werden.Another object of the present invention is to evaluate the parameters of perovskite solar cell (PSC) design using copper iodide (CuI) as hole transport layer and tin oxide (SnO 2 F) as transparent conducting oxide.
In einer Ausführungsform eine effiziente Perowskit-Solarzellenvorrichtung auf Basis von Kupferiodid und Zinnoxid, wobei die Vorrichtung aus mehreren miteinander verbundenen Schichten besteht, wobei die mehreren Schichten Folgendes umfassen:
- ein Frontkontakt;
- ein transparentes leitendes Oxid (TCO) in Verbindung mit dem Frontkontakt, bestehend aus Zinnoxid (SnO2F);
- eine Pufferschicht, die zwischen dem TCO und einer ersten Defektschicht angeordnet ist;
- eine Absorberschicht in Verbindung mit der ersten Defektschicht, bestehend aus organischen Bleihalogenid-Perowskiten (CH3 NH3PbI3-xClx);
- eine zweite Defektschicht, die mit der Absorberschicht verbunden ist;
- eine Lochtransportschicht aus Kupferiodid (CuI), die zwischen der zweiten Defektschicht und einem Rückkontakt liegt.
- a front contact;
- a transparent conductive oxide (TCO) in connection with the front contact consisting of tin oxide (SnO 2 F);
- a buffer layer disposed between the TCO and a first defect layer;
- an absorber layer in connection with the first defect layer consisting of organic lead halide perovskites (CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x );
- a second defect layer connected to the absorber layer;
- a copper iodide (CuI) hole transport layer sandwiched between the second defect layer and a back contact.
In einer Ausführungsform beträgt der Wert der direkten Bandlücke von CuI 3.1 eV.In one embodiment, the direct band gap value of CuI is 3.1 eV.
In einer Ausführungsform wird der Vorder- und Rückseitenkontakt mit einer thermionischen Emissions-/Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit von 105 cm/s für Elektronen und 10 10 cm/s für Löcher mit flacher Bandberechnung für die Austrittsarbeit vorgeschlagen.In one embodiment, the front and back contact is proposed with a thermionic emission/surface recombination velocity of 10 5 cm/s for electrons and 10 10 cm/s for holes with flat band work function calculation.
In einer Ausführungsform wird die thermische Geschwindigkeit sowohl für Elektronen als auch für Löcher für mehrere Schichten auf 1×107 cm/s eingestellt.In one embodiment, the thermal velocity for both electrons and holes is set to 1x107 cm/s for multiple layers.
In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des TCO 300 nm, die Pufferschicht 50 nm, die erste Defektschicht 10 nm, die Absorberschicht 700 nm, die zweite Defektschicht 10 nm und die HTL 300 nm.In one embodiment, the thickness of the TCO is 300 nm, the buffer layer is 50 nm, the first defect layer is 10 nm, the absorber layer is 700 nm, the second defect layer is 10 nm and the HTL is 300 nm.
In einer Ausführungsform beträgt die direkte Bandlücke für das TCO 3.5 eV, die Pufferschicht 325 eV, die erste Defektschicht 1.55 eV, die Absorberschicht 1.55 eV, die zweite Defektschicht 1.55 eV und die HTL 3.1 eV.In one embodiment, the direct bandgap for the TCO is 3.5 eV, the buffer layer is 325 eV, the first defect layer is 1.55 eV, the absorber layer is 1.55 eV, the second defect layer is 1.55 eV, and the HTL is 3.1 eV.
In einer Ausführungsform ist die Temperatur des Geräts auf 300 K eingestellt, die Leistung des berücksichtigten Sonnenlichts beträgt 1000 W/m2.In one embodiment, the temperature of the device is set to 300 K, the power of the considered sunlight is 1000 W/m 2 .
In einer Ausführungsform wird die Elektronenaffinität auf den Wert 3.9 für die Absorberschicht optimiert und die Akzeptordichte auf einen erhöhten Wert von 5 × 1018 cm-3 optimiert.In one embodiment, the electron affinity is optimized to a value of 3.9 for the absorber layer and the acceptor density is optimized to an increased value of 5×10 18 cm -3 .
Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnung nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellt und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen ist. Die Erfindung wird anhand der beigefügte Zeichnung genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.In order to further clarify the advantages and features of the present invention, a more detailed description of the invention will be given with reference to specific embodiments thereof illustrated in the accompanying drawings. It is understood that this drawing only typical Ausführungsfor men of the invention and is therefore not to be considered as limiting the scope thereof. The invention is described and explained in greater detail with reference to the attached drawing.
Figurenlistecharacter list
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gelesen wird, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:
-
1 zeigt ein Blockdiagramm einer effizienten Perowskit-Solarzellenvorrichtung auf Basis von Kupferiodid und Zinnoxid.
-
1 Figure 12 shows a block diagram of an efficient perovskite solar cell device based on copper iodide and tin oxide.
Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in der Zeichnung der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in der Zeichnung durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnung zeigt möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnung nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, der Nutzen aus der Beschreibung hierin zieht, leicht ersichtlich sind.In addition, skilled craftsmen will recognize that elements in the drawing are presented for simplicity and may not necessarily have been drawn to scale. For example, the flowcharts illustrate the method with key steps that help improve understanding of aspects of the present disclosure. Furthermore, in view of the construction of the device, one or more components of the device may have been represented in the drawing by conventional symbols, and the drawing may show only the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure around the drawing not to be obscured by details that would be readily apparent to one of ordinary skill in the art having the benefit of the description herein.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:DETAILED DESCRIPTION:
Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.For the purposes of promoting an understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the drawings and specific language will be used to describe the same. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended thereby, as variations and further modifications to the illustrated system and further applications of the principles of the invention illustrated therein are contemplated as would normally occur to one skilled in the art Technique to which the invention relates.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be limiting.
Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.Reference throughout this specification to "an aspect," "another aspect," or similar language means that a particular feature, structure, or feature described in connection with the embodiment is in at least one embodiment of the present invention is included. As such, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may, but do not necessarily, refer to the same embodiment.
Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus andere Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.The terms "comprises," "comprising," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion such that a process or method that includes a list of steps includes not only those steps, but may include other steps not expressly listed or included process or this method are inherent. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by “includes...a” does not exclude, without further limitation, the existence of other devices or other subsystems or other elements or other structure other components or additional devices or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben.Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
- einen Frontkontakt (102);
- ein transparentes leitendes Oxid (TCO) (104) in Verbindung mit dem Frontkontakt (102), bestehend aus Zinnoxid (SnO2 F);
- eine Pufferschicht (106), die zwischen dem TCO (104) und einer ersten Defektschicht (108) liegt;
- eine Absorberschicht (110) in Verbindung mit der ersten Defektschicht (108), bestehend aus organischen Bleihalogenid-Perowskiten (CH3NH3PbI3-x Clx);
- eine zweite Defektschicht (112), die mit der Absorberschicht (110) verbunden ist;
- eine Lochtransportschicht (114), die aus Kupferiodid (CuI) besteht und zwischen der zweiten Defektschicht (112) und einem Rückkontakt (116) liegt.
- a front contact (102);
- a transparent conductive oxide (TCO) (104) in connection with the front contact (102) consisting of tin oxide (SnO 2 F);
- a buffer layer (106) interposed between the TCO (104) and a first defect layer (108);
- an absorber layer (110) in connection with the first defect layer (108) consisting of organic lead halide perovskites (CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x );
- a second defect layer (112) connected to the absorber layer (110);
- a hole transport layer (114) composed of copper iodide (CuI) and interposed between the second defect layer (112) and a back contact (116).
In einer Ausführungsform beträgt der Wert der direkten Bandlücke von CuI 3.1 eV.In one embodiment, the direct band gap value of CuI is 3.1 eV.
In einer Ausführungsform wird der Vorder- und Rückseitenkontakt mit einer thermionischen Emissions-/Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit von 105 cm/s für Elektronen und 1010 cm/s für Löcher mit flacher Bandberechnung für die Austrittsarbeit vorgeschlagen.In one embodiment, the front and back contact is proposed with a thermionic emission/surface recombination velocity of 10 5 cm/s for electrons and 10 10 cm/s for holes with flat band work function calculation.
In einer Ausführungsform wird die thermische Geschwindigkeit sowohl für Elektronen als auch für Löcher für mehrere Schichten auf 1×107 cm/s eingestellt.In one embodiment, the thermal velocity for both electrons and holes is set to 1x107 cm/s for multiple layers.
In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des TCO 300 nm, die Pufferschicht 50 nm, die erste Defektschicht 10 nm, die Absorberschicht 700 nm, die zweite Defektschicht 10 nm und die HTL 300 nm.In one embodiment, the thickness of the TCO is 300 nm, the buffer layer is 50 nm, the first defect layer is 10 nm, the absorber layer is 700 nm, the second defect layer is 10 nm and the HTL is 300 nm.
In einer Ausführungsform beträgt die direkte Bandlücke für das TCO 3.5 eV, die Pufferschicht 3.25 eV, die erste Defektschicht 1.55 eV, die Absorberschicht 1.55 eV, die zweite Defektschicht 1.55 eV und die HTL 3.1 eV .In one embodiment, the direct bandgap for the TCO is 3.5 eV, the buffer layer is 3.25 eV, the first defect layer is 1.55 eV, the absorber layer is 1.55 eV, the second defect layer is 1.55 eV, and the HTL is 3.1 eV.
In einer Ausführungsform ist die Temperatur des Geräts auf 300 K eingestellt, die Leistung des berücksichtigten Sonnenlichts beträgt 1000 W/m 2.In one embodiment, the temperature of the device is set to 300 K, the power of the considered sunlight is 1000 W/m 2 .
In einer Ausführungsform wird die Elektronenaffinität auf den Wert 3.9 für die Absorberschicht optimiert und die Akzeptordichte auf einen erhöhten Wert von 5 × 1018 cm-3 optimiert. Tabelle 1: Optimierte Geräteparameter
Der Vorder- und Rückseitenkontakt wird mit einer Geschwindigkeit der thermionischen Emission/Oberflächenrekombination von 105cm/s für Elektronen und 1010 cm/s für Löcher mit flacher Bandenberechnung für die Austrittsarbeit vorgeschlagen. Im Allgemeinen wird die Arbeitsfunktion wie folgt gleichgesetzt:
Φ ist das elektrostatische Potential
E F ist das Fermi-Niveau im Inneren des Materials
Gleichung 1 kann wie folgt umgeschrieben werden:
Φ is the electrostatic potential
E F is the Fermi level inside the material
Equation 1 can be rewritten as follows:
In der obigen Gleichung ist V= - E F/V. Die Parameter aller Schichten in der vorgeschlagenen Gerätestruktur sind in der Tabelle aufgeführt. NA ist die Akzeptordichte, ND ist die Donordichte und Nt ist die Gesamtdefektdichte, die für die jeweiligen Schichten der vorgeschlagenen Struktur definiert ist. Die Defektdichte wird durch das Shockley-Read-Hall-Rekombinationsmodell verfolgt. ZB ist die Ban-Lücke für eine bestimmte Schicht, die Dicke wird in nm angegeben, ε r ist die relative Permittivität. Die Leitungsbanddichte und Valenzbanddichte bleibt für alle Schichten gleich. Die thermische Geschwindigkeit ist für alle Schichten sowohl für Elektronen als auch für Löcher auf 1 × 107 cm/s eingestellt- Die Absorption wird sqrt( ) bei Eg über das Absorptionsmodell-Setup-Panel eingestellt, wobei der Alpha-Wert auf 105 gewählt wird . In der Simulation werden keine Serien- oder Shunt-Widerstände berücksichtigt. Die neutralen Defekte werden für alle Schichten mit einem Energieniveau in Bezug auf die Referenz von 0.6 eV festgelegt, wobei die Energieverteilung als einheitlich betrachtet wird.In the above equation, V= - E F /V. The parameters of all layers in the proposed device structure are given in the table. NA is the acceptor density, ND is the donor density, and Nt is the total defect density defined for the respective layers of the proposed structure. The defect density is tracked by the Shockley-Read-Hall recombination model. Eg is the Ban gap for a given layer, the thickness is given in nm, ε r is the relative permittivity. The conduction band density and valence band density remain the same for all layers. The thermal rate is set to 1 × 10 7 cm/s for all layers for both electrons and holes. The absorption is set to sqrt( ) at Eg via the absorption model setup panel, with the alpha value chosen to 10 5 becomes . No series or shunt resistances are taken into account in the simulation. The neutral defects are defined for all layers with an energy level with respect to the reference of 0.6 eV, considering the energy distribution as uniform.
Die Akzeptor- und Donordichten geben Aufschluss über die Mobilität von Elektronen und Löchern. Dies wird durch ein elektrisches Feld beeinflusst, das direkt proportional zur Dotierungskonzentration ist; Eine Erhöhung der Konzentration führt zu einer Vergrößerung des elektrischen Feldes. Der hohe Serienwiderstand ergibt sich aus der geringen Akzeptordichte, die sich auf die PCE auswirkt. Um die PCE zu verbessern, wird die Akzeptordichte auf einen erhöhten Wert von 5×10 18 cm -3 optimiert. Die Forschung zu Perowskiten hat gezeigt, dass der empfohlene Dickenbereich 400 bis 700 nm beträgt. Da eine geringere Dicke dazu führt, dass PCE durch eine Verschlechterung der Lichtabsorption beeinträchtigt wird. Das optimierte Design berücksichtigte einen Dickenwert von 700 nm für Absorber und 300 nm für TCO- und HTL-Schichten. Die vorhandenen Defekte führen, wenn sie nicht richtig diszipliniert werden, dazu, dass Ladungsträger primitiv rekombinieren. Die hohe Effizienz des Geräts zeigt sich auch bei einem höheren Wert der Gesamtdefektdichte von 1×1018 cm-3für CuI.The acceptor and donor densities provide information about the mobility of electrons and holes. This is affected by an electric field that is directly proportional to the dopant concentration; An increase in concentration leads to an increase in the electric field. The high series resistance results from the low acceptor density, which affects the PCE. In order to improve the PCE, the acceptor density is optimized to an increased value of 5×10 18 cm -3 . Research on perovskites has shown that the recommended thickness range is 400 to 700 nm. Since a smaller thickness will cause PCE to be affected by deteriorating light absorption. The optimized design considered a thickness value of 700 nm for absorbers and 300 nm for TCO and HTL layers. The defects present, if not properly disciplined, will result in charge carriers primitively recombineing. The high efficiency of the device is also demonstrated with a higher total defect density value of 1×10 18 cm -3 for CuI.
Die Optimierung der Geräte- und Schichtparameter in Bezug auf die Eigenschaften steigerte gleichzeitig die PCE auf ein kompetentes Niveau.The optimization of the device and layer parameters in relation to the properties at the same time increased the PCE to a competent level.
Durch die Optimierung der morphologischen Parameter des Geräts unter Verwendung von Kupferiodid als HTL und CH 3 NH 3 PbI 3 als Absorber wird eine effiziente PCE von 35.83 % beobachtet, was einer Verbesserung von 39.52 % gegenüber der bestehenden Struktur entspricht. Eine Erhöhung der Absorberschichtdicke führt zu einer deutlichen Wertsteigerung des PCE. Die Absorberschicht ist am besten bei einer Dicke von 700 nm optimiert. Wenn die Dicke der Absorberschicht auf 300 nm reduziert wird, führt dies zu einer geringeren Lichtabsorption, was letztendlich zu einem niedrigen PCE von 30.12 % führt. Das Gerät zeigte eine FF-Verbesserung von 84.11 auf 85.88 mit einer Verbesserung von 2.1 Prozent und Voc wurde von 1.21 auf 1.674 V mit einer Verbesserung von 46.4 Prozent erhöht.By optimizing the morphological parameters of the device using copper iodide as the HTL and CH 3 NH 3 PbI 3 as the absorber, an efficient PCE of 35.83% is observed, representing a 39.52% improvement over the existing structure. Increasing the thickness of the absorber layer leads to a significant increase in the value of the PCE. The absorber layer is best optimized at a thickness of 700 nm. Reducing the thickness of the absorber layer to 300 nm results in lower light absorption, ultimately resulting in a low PCE of 30.12%. The device showed FF improvement from 84.11 to 85.88 with a 2.1 percent improvement and V oc was increased from 1.21 to 1.674 V with a 46.4 percent improvement.
Tabelle 2 zeigt einen Vergleich zwischen dem vorhandenen und dem optimierten Gerät.
Die Zeichnung und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.The drawing and the above description give examples of embodiments. Those skilled in the art will recognize that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements of one embodiment may be added to another embodiment. For example, the orders of the processes described herein may be changed and are not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart need not be implemented in the order shown; Not all actions have to be carried out. Actions that are not dependent on other actions can also be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations, whether explicitly stated in the specification or not, such as B. Differences in structure, dimensions and material use are possible. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated by the following claims.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above in terms of specific embodiments. However, the advantages, benefits, problem solutions, and any component that may cause any benefit, advantage, or solution to occur or become more pronounced, should not be construed as a critical, required, or essential function or component of any or all of the claims.
Bezugszeichenlistereference list
- 100100
- Eine Effiziente Perowskit-Solarzelle Auf Der Basis Von Kupferiodid Und Zinn-Oxid.An Efficient Perovskite Solar Cell Based On Copper Iodide And Tin Oxide.
- 102102
- Frontkontaktfront contact
- 104104
- Transparentes Leitendes OxidTransparent conductive oxide
- 106106
- Pufferschichtbuffer layer
- 108108
- Erste DefektschichtFirst defect layer
- 110110
- Absorberschichtabsorber layer
- 112112
- Zweite DefektschichtSecond defect layer
- 114114
- Lochtransportschichthole transport layer
- 116116
- Rückrufrecall
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 20200176196 [0005]US20200176196 [0005]
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DE202023103171.4U DE202023103171U1 (en) | 2023-06-08 | 2023-06-08 | An efficient perovskite solar cell device based on copper iodide and tin oxide |
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-
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- 2023-06-08 DE DE202023103171.4U patent/DE202023103171U1/en active Active
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