本征绒面结构GZO薄膜电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中的模拟应用

【作者】 陈义川； 孟琦； 胡跃辉； 严辉；

【机构】 北京工业大学材料科学与工程学院； 景德镇陶瓷大学机械电子工程学院；

【摘要】 目前随着人口增加和生活习惯的改变,全球能源需求急剧增加。而传统能源消费模式,主要以石油、炭和天然气为主;由此产生了诸多的环境问题,如雾霾,水污染,酸雨等。随着化石能源的枯竭,寻求洁净、可再生的新型能源成为的重要课题。太阳能是可再生能源首选;低成本,高效率,高稳定性的太阳能电池,成为目前研究的热点。特别是有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）,以其低成本,高效率等优势引起众多研究者的关注。2009年,首次合成PSCs,转换效率3.8%[1],2017年,最高报道效率已经达到22.6%（认证效率22.1%）[2],未来两年PSCs的效率很有可能超过25%。在PSCs器件中,目前最常用的电子传输层包括TiO₂,SnO₂,ZnO,PCBM,C60等材料。通过调制溅射气压的方法制备得到Ga掺杂ZnO薄膜（GZO）,控制其表面形貌,调节表面功函数。获得GZO薄膜禁带宽度值为3.2 eV,载流子浓度和霍尔迁移率分别为5.3×10²⁰cm^-3和17.3cm²V^-1s^-1,将GZO薄膜作为电子传输层,带入SCAPS模拟软件中构建钙钛矿电池模拟模型。钙钛矿电池模型为TCO/GZO/电子传输层/界面缺陷层/钙钛矿层/界面缺陷层/空穴传输层。最优的模拟结果:Jsc=23.062 mA/cm²,Voc=1.073 V,FF=81.47%,Eta=20.167%。说明GZO作为电子传输层在钙钛矿电池领域具有较大的应用前景。更多还原