Étude comparative sur les cellules solaires pérovskites utilisant P_ZnO, Al_ZnO et In_ZnO comme ETM par SCAPS-1D

Résumé

Cette étude utilise le logiciel SCAPS 1D pour analyser les cellules solaires avec de la pérovskite d'iodure de plomb (CH3NH3PbI3) comme matériau actif et trois types différents de dopage au ZnO : non dopé (P_ZnO), dopé à l'aluminium (Al_ZnO) et dopé à l'indium (In_ZnO) comme la couche de transport d'électrons (ETL). Cette étude vise à étudier les effets de la densité des porteurs de charge sur les caractéristiques J-V et les propriétés électriques (Jsc, Voc, FF, Eff) d'une structure de cellule solaire composée de FTO/ETL/CH3NH3PbI3/CuInSe2/Au. L'or constitue le contact arrière et l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO) constitue le contact avant. Ces deux composés ont des rôles de travail respectivement de 5,47 eV et 4,4 eV. L'oxyde de zinc, à la fois non dopé et dopé, constitue la couche de transport d'électrons, tandis que l'iodure de méthylammonium et de plomb constitue la couche absorbante. Des feuilles minces, du diséléniure d'indium et du cuivre constituent la couche de transport des trous. Une couche de pérovskite optimale a été obtenue en diminuant l'épaisseur de la couche de transport d'électrons (ETL) de 500 à 100 nm. Pour l'ETL In_ZnO, cette optimisation a été réalisée à une température de fonctionnement de 300K. Il a été démontré qu'une épaisseur réduite d'ETL se traduisait par une efficacité plus élevée (supérieure à 27 %), ainsi qu'un facteur de remplissage plus élevé (supérieur à 87 %). Avec une valeur Voc de 1,180 V, une valeur FF de 87,55 % et une valeur Jsc de 26,276 mA/cm2, la plus grande performance d'efficacité de 27,15 % a été trouvée. En utilisant une couche absorbante composée de CH3NH3PbI3 d'une épaisseur de 800 nm et d'oxyde de zinc dopé à l'indium (In_ZnO) est la couche qui transporte les électrons, cette performance a été obtenue. Les résultats sont obtenus à un niveau d'irradiance constant de 1000 W/m2, sous le spectre AM1.5G.