Estudio comparativo de células solares de perovskita utilizando P_ZnO, Al_ZnO e In_ZnO como ETM mediante SCAPS-1D

Resumen

Este estudio utiliza el software SCAPS 1D para analizar células solares con perovskita yoduro de plomo (CH3NH3PbI3) como material activo y tres tipos diferentes de dopaje con ZnO: sin dopar (P_ZnO), dopado con aluminio (Al_ZnO) y dopado con indio (In_ZnO) como la capa de transporte de electrones (ETL). Este estudio tiene como objetivo investigar los efectos de la densidad del portador de carga sobre las características J-V y las propiedades eléctricas (Jsc, Voc, FF, Eff) de una estructura de célula solar compuesta por FTO/ETL/CH3NH3PbI3/CuInSe2/Au. El oro constituye el contacto posterior y el óxido de estaño dopado con flúor (FTO) constituye el contacto frontal. Estos dos compuestos tienen funciones de trabajo de 5,47 eV y 4,4 eV respectivamente. El óxido de zinc, tanto dopado como sin dopar, constituye la capa de transporte de electrones, mientras que el yoduro de plomo y metilamonio constituye la capa absorbente. Láminas delgadas, diseleniuro de indio y cobre forman la capa de transporte del agujero. Se obtuvo una capa de perovskita óptima disminuyendo el espesor de la capa de transporte de electrones (ETL) de 500 a 100 nm. Para In_ZnO ETL, esta optimización se logró a una temperatura de trabajo de 300 K. Se demostró que un espesor de ETL reducido da como resultado una mayor eficiencia (más del 27%), así como un mayor factor de llenado (más del 87%). Con un valor Voc de 1.180V, un valor FF de 87.55% y un valor Jsc de 26.276mA/cm2 se encontró el mayor desempeño de eficiencia de 27.15%. Utilizando una capa absorbente hecha de CH3NH3PbI3 con un espesor de 800 nm y óxido de zinc dopado con indio (In_ZnO) es la capa que transporta electrones, se logró este rendimiento. Los resultados se obtienen a un nivel de irradiancia constante de 1000 W/m2, bajo el espectro AM1,5G.