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Jun 29, 2023

ペロブスカイト太陽電池の電子輸送材料としての硫化インジウムの光起電力特性についての洞察

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9076 (2023) この記事を引用

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

最近の報告によると、平面構造ベースの有機金属ペロブスカイト太陽電池 (OPSC) は、顕著な電力変換効率 (PCE) を達成し、従来のシリコン太陽光発電との競争力が非常に高くなっています。 PCE をさらに強化するには、OPSC とその個々の部品を完全に理解することが依然として必要です。 この研究では、硫化インジウム (In2S3) ベースの平面ヘテロ接合 OPSC が提案され、SCAPS (太陽電池容量シミュレーター)-1D プログラムでシミュレーションされました。 最初に、実験的に作製したアーキテクチャ (FTO/In2S3/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au) を使用して OPSC 性能を校正し、各層の最適パラメータを評価しました。 数値計算により、PCE が MAPbI3 吸収体材料の厚さと欠陥密度に大きく依存することが示されました。 結果は、ペロブスカイト層の厚さが増加するにつれて PCE は徐々に改善しましたが、その後 500 nm を超える厚さで最大に達したことを示しました。 さらに、直列抵抗およびシャント抵抗を含むパラメータが OPSC の性能に影響を与えることが認識されました。 最も重要なのは、楽観的なシミュレーション条件下で 20% を超えるチャンピオン PCE が得られたことです。 全体として、OPSC は 20 ~ 30 °C の間でより優れたパフォーマンスを発揮しますが、その温度を超えると効率が急速に低下します。

The scientific community has shown a great deal of interest in researching perovskite solar cells (OPSCs), which are mainly comprised of organic–inorganic metal halide compounds and are used to produce high-efficiency and inexpensive photovoltaic (PV) technologies1,2,3. These semiconductors have a number of important characteristics, including high charge carrier mobility, long carrier diffusion length, adjustable bandgaps, and a high absorption coefficient4,5,6,7. Due to such exceptional properties, photoconversion efficiency (PCE) values spiked substantially, from 3.8% in 2009 to over 25% in 20218, 25% conversion efficiency. Joule 5, 1033–1035 (2021)." href="#ref-CR9" id="ref-link-section-d8458561e671_1"> 9、10、11。 OPSC は、前面電極、電子輸送材料 (ETM)、集光層、正孔輸送材料 (HTM)、背面電極を順に備えています。 OPSC のハーベスタ材料は、太陽光にさらされると電荷キャリアを生成します 12、13、14、15。 これらの光キャリアは、ETM および HTM によって適切な電極に送られます。 ペロブスカイト層の役割に加えて、電荷輸送材料の関連性は、OPSC の PV 性能全体にとって重要です。 たとえば、一般的な ETM である二酸化チタン (TiO2) は、400 °C を超える動作温度を必要とするため、大型デバイスの製造には適していません。 高効率 OPSC での TiO2 の使用は、材料の低い電子移動度 (µe) と UV 不安定性によってさらに制限されます 16、17、18。 これは、高μe、良好な導電率 (σ)、低温製造などの適切な特性を備えた候補 ETM 層を探す必要性を強調しています。

コンパクトな ETM ベースのプレーナ PSC はレイアウトが簡素化されており、製造が容易です。 TiO2 と ZnO は、平面ニップ OPSC の ETM として広く使用されています 19、20、21、22、23。 それにもかかわらず、圧縮された TiO2 および ZnO をベースにした平面 OPSC は、材料の限られたキャリア移動度、ペロブスカイトとのオフセットエネルギー準位の整列、および表面の欠陥トラップのため、安定性が低いことがよくあります 24、25、26、27、28。 そのため、OPSC に最先端の ETM コンポーネントを提供することが重要です。 硫化インジウム (In2S3) は、優れたキャリア移動度、非毒性、適切なバンドギャップ、調整可能な電気特性、良好な熱耐久性を備えた n 型半導体です 29,30。これらはすべて、太陽電池の ETM としての利用に理想的です 31,32。 Hou らは、化学浴堆積の時間を 2 時間に調整することによって、 らは、CH3NH3PbI3 OPSC の ETM として In2S3 ナノフレーク アレイを構築することができ、18.22% の性能を達成しました。 ただし、In2S3-OPSC の長期安定性はこの研究では調べられていません 30。 1 年後、Xu らはらは、溶媒熱アプローチを 2 時間使用して CH3NH3PbI3 デバイス用の ETM として In2S3 シートを調製し、18.83% の効率を達成しました 33。 続いて、Yang et al. は、In2S3 膜の使用にさらに努力し、半透明 CsPbIBr2 OPSC 用の ETM としてスプレー支援蒸着技術を開発しました。 最適化されたデバイスでは、周囲安​​定性が向上し、5.59% のパフォーマンスが得られました34。 一方、私たちが知る限り、ペロブスカイト太陽電池の ETM として In2S3 を採用することに関連する理論的研究は報告されていません。

この研究では、電子輸送材料として In2S3 を使用する史上初の従来の OPSC ニップ平面構造がシミュレーションされ、最適化されました。 データを検証するために、実験的に発表された 18.83% の堅牢で安定した単一陽イオン OPSC (FTO/In2S3/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au)33 の結果を再現しました。 対照 OPSC の効率を向上させるために、ペロブスカイトの厚さの変化 (tp) がさらに調査されました。 厚さの変化とともに、OPSC の性能に及ぼす欠陥密度 (NT)、直列抵抗 (Rs)、シャント抵抗 (Rsh)、および動作温度の影響が研究されました。 私たちの研究は、理論原理に基づいた OPSC の設計と最適化に対する重要なアドバイスを提供することができます。

デバイスの数値モデリングにより、実際の製造を必要とせずに太陽電池のダイナミクスを理解できるようになります。 また、デバイスの機能の概要も示します。 このシミュレーション研究では、1 次元 SCAPS (バージョン 3.3.07) が使用されました。 2000 年に、ベルギーのゲント大学の研究者が、いつでもダウンロードできるこのオープンソース プログラムを作成しました35。 SCAPS ソフトウェアは、バンド アライメント グラフ、電流-電圧 (J-V) 挙動、量子効率 (QE)、再結合および生成電流、およびその他の重要な PV 特性。 SCAPS-1D は主に、確立されたポアソンの公式と電子と正孔の連続法則に基づいて計算を実行します 36、37、38、39。 SCAPS は太陽電池を実行するための非常に強力なソフトウェアであり、プログラムの説明とそれが使用するアルゴリズムは文献 40、41 およびユーザーマニュアル 42 に記載されています。

ここで、q は電荷、V は電位、p(x) は自由正孔濃度、n(x) は自由電子濃度、ε は誘電率、\({N}_{D}^{+} \left(x\right)\) はドナー密度、\({N}_{A}^{-}\left(x\right)\) はアクセプター密度、pt(x) はホールトラップ濃度です、nt(x) は電子のトラップ濃度、Jn は電子の電流密度、Jp は正孔の電流密度、Gn は電子生成速度、Gp は正孔生成速度、Rn は再結合速度電子の再結合率、Rp は正孔の再結合率です。

ここでは、光活性膜として CH3NH3PbI3 ペロブスカイト、ETM としてコンパクト In2S3、HTM として Spiro-OMeTAD 有機膜を使用し、前面にフッ素含有 SnO2 (FTO) と金 (Au) を使用した典型的なニップ PV アーキテクチャをシミュレーションしました。それぞれ背面電極。 図 1a には、FTO/In2S3/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au デバイス アセンブリのグラフ図があります。 表 1 および 2 は、理論的および実験的文献から取得した、この分析で使用したいくつかの材料の基本的なデバイス パラメーターをまとめたものです。 前面電極と背面電極の仕事関数は、それぞれ 4.4 eV と 5.2 eV でした。 SCAPS ソフトウェアは、材料の光学的利点とデバイスの形状に基づいて各層の吸収スペクトルを計算しました。

(a) シミュレーションで使用した太陽電池の構造。 (b) 提案された OPSC のバンド配置図。 (c) コントロール OPSC33 の実験パラメータとモデル化パラメータ間の表現比較。

欠陥は、ガウス エネルギー分布と 10 ~ 15 cm2 のキャリアの捕獲断面積を考慮して、0.1 eV の特定のエネルギーを持つ価電子帯より 0.6 eV 上に使用されました。 ペロブスカイトの放射再結合係数は 2.3 × 10-9 cm3/s であり、これが考慮されました。 モデリング分析により、約 1010 cm-2 の HTM/ペロブスカイトおよびペロブスカイト/ETM 界面に不完全さが追加されました。 計算には従来の AM 1.5 G スペクトルと 300 K の温度が使用されました。

図 1b は、推奨されるニップ OPSC レイアウトのバンド構造図を示しています。 In2S3 と CH3NH3PbI3 の伝導帯界面には 0.12 eV のポテンシャル障壁が存在し、これはペロブスカイトから ETM への電子の輸送を促進する有益な障壁ですが、ペロブスカイトと HTM の価電子帯の接合部では、正孔が0.13 eV という大きな障壁に対処します。 提案されたセルアーキテクチャの J-V プロットは、適切な層パラメーターと動作条件が決定された後に分析されました (このセクションで説明されています)。 図 1c は、計算された J-V グラフとその初期出力パラメーターを示しています。 電力変換効率 (PCE) 19.71% を達成しました。これは、実験的に公表されている PCE 18.83% に近い値です33。 実験結果と計算結果の間にわずかな不一致があるのは、本研究では FTO 層と Au 層が前面および背面電極として利用されており、前面および背面コンタクトの厚さを変更できないことです。 ただし、実験研究では、適切な厚さの層として使用されました。

この記事には、著者が行った人間の参加者や動物を対象とした研究は含まれていません。 私たちは倫理基準を遵守します。 私たちは参加することに同意します。

デバイスの効率の向上は、吸収層の厚さに大きく依存します。 それにもかかわらず、非常に厚い光活性層を使用すると、電荷キャリアの抽出速度が遅くなり、電荷の再結合によりかなりの損失が発生します。 これら 2 つのバリエーションの間で適切なバランスを見つけることが重要です。 したがって、光を吸収する厚さを最適化することは、太陽光発電における光キャリアの生成とスペクトル応答を決定するために不可欠になります47。 得られたJ-Vグラフは図2aに示されており、ペロブスカイトの厚さの変化は0.3〜1.1μmの範囲であり、図2b〜eはJSC、VOC、FF、およびPCEパラメータの変化を示しています。 図2によれば、ペロブスカイトの厚さが増加すると、JSCが増加し、VOCが減少します。 JSC 値の上昇傾向は、フォトキャリアの生産量の増加の結果です。 ペロブスカイト膜が薄いと、長波長光子の吸収率が低下し、その結果、光キャリアの形成が減少し、JSC 値が悪化します 48。 さらに、薄いペロブスカイトによる再結合の不良により、高い VOC が生成されます。 吸収体ペロブスカイトの厚さを増やすと、より長い波長の光を吸収する層の能力も高まります。 その結果、より多くの電荷キャリアが生成され、JSC49 の値が上昇します。 ただし、吸光度が高くなると、光キャリアは対応する電極に近づくまでにより長い距離を移動する必要があるため、光キャリアの再結合率も増加します。 ペロブスカイトの厚さが増加すると Rs が増加し、FF が減少します。 効率の向上は、JSC の着実な上昇によるものです。 私たちの計算では、MAPbI3 ベースのシングルカチオン OPSC の最高の性能を得るには、ペロブスカイトの厚さの理想的な値は 0.7 μm である必要があることが示唆されています。 したがって、ペロブスカイト太陽電池で最高の効率を達成するには、ペロブスカイト層の厚さを最適化することが重要です。 光の吸収と電荷キャリアの抽出のバランスを注意深くとることにより、光電流を最大化し、再結合を最小限に抑える最適な厚さを見つけることができ、デバイスの最高のパフォーマンスにつながります。

(a)異なるMAPbI3厚さのOPSCのJ-V特性。 ペロブスカイトのさまざまな厚さによる OPSC 性能パラメータの変化: (b) VOC、(c) JSC、(d) FF、および (e) PCE。 (f) さまざまな MAPbI3 厚さを備えたデバイスの QE。

図 2f は、MAPbI3 膜厚を変化させたデバイスの外部 QE (EQE) を示しています。 MAPbI3 光ハーベスターの厚さが 0.7 μm 未満の場合、デバイスの EQE は明らかに改善されました。これは、吸収の改善が高いことを示しています。 それにもかかわらず、MAPbI3 の厚さが 0.7 μm を超えると、デバイスの EQE の上昇は小さくなり、吸収の上昇がそれほど顕著ではないことを示しています。 MAPbI3 膜の厚さが増加すると、より長波長の光を吸収できるようになります 50。 キャリア生成速度のプロファイルも取得され、図 3 に報告されており、厚さが厚くなると吸収層内の生成速度がより高く浸透することが検証されます。

吸収層の厚さが異なる場合のデバイス内の生成速度。

光活性 MAPbI3 の欠陥の数は、ペロブスカイト太陽電池の出力品質に大きな影響を与えます。 デバイスの VOC は、ペロブスカイト内の光キャリアの生成 - 再結合速度を制御することによって最適化できます。 Shockley-Read-Hall (SRH) 組換えは、NT と OPSC のパフォーマンスの相関関係について、より適切な説明を提供する可能性があります 37,49。 この解析におけるペロブスカイト欠陥密度は 2.45 × 1014 ~ 2.45 × 1016 cm-3 の範囲であり、計算作業のパフォーマンスに対するその影響が調査されます。 図 4a は、さまざまな NT 値でプロットされた J-V グラフを示しています。 結果は、NT が 2.45 × 1014 cm-3 から 2.45 × 1016 cm-3 に増加すると、JSC が 24.241 mA/cm2 から 23.582 mA/cm2 にわずかに減少し、VOC が 1.188 から 0.991 V に大幅に減少したことを示しています (表 3) )。 FF は VOC に依存するため、FF 値は大幅に減少します (79.163 から 66.498%)。 JSC、VOC、FF 値の減少により、効率は 22.79% から 15.55% に劇的に低下しました。 これは、図 5 に示すように、NT 値の増加により不完全数が増加し、再結合プロセスが増加することを示唆しています。実験的に示された値に従って、ここではペロブスカイトの NT を 2.45 に選択しました。 × 1015 cm−3、これは約 0.65 µm の光キャリアのキャリア拡散長 (Lp) を説明します 33。

(a)総欠陥密度と(b)CH3NH3PbI3中の浅いアクセプタの濃度を変化させて得られたOPSCのJ-Vプロット。

吸収層のさまざまな欠陥密度での再結合率プロファイル。

OPSC の効率は、使用されるドーピングの量によって大きく影響されます。 ドーピングは、使用するドーパントに応じて、n 型または p 型に分類できます。 したがって、OPSC 効率を向上させるには、NA の適切な値を設定する必要があります。 ドーピング濃度レベルは、さまざまな方法で実験的に調整できます51。 たとえば、ドーピング濃度や欠陥密度の値は、ペロブスカイト材料にさまざまなドーパントを追加したり、ドーパントの濃度を調整したりすることで実験的に変更できます。 ドーピング比を実験的に変更し、欠陥を最小限に抑えるには、セシウム (Cs)、ヨウ化メチルアンモニウム (MAI)、ヨウ化ホルムアミジニウム (FAI)、およびヨウ化鉛 (PbI2) の相対量を調整することによっても達成できます52。

さらに、ペロブスカイトのNAは1016から1020cm-3に調整され、OPSC性能に対するドーピングの影響を理解するのに役立つ結果が図4bに示されています。 私たちの調査結果によると、J-V 特性は NA レベルが低い場合は変化しません。 それにもかかわらず、固有の内蔵電場 (Vbi) は、NA が 1018 cm-3 を超えると上昇します。 Vbi の増加により、光キャリアの分離が改善されるため、セルの性能が向上します。 JSCは、NAレベルの増加とともに減少することが示された(表4)。 オージェ組換えは、NA の上昇に伴う JSC 値の低下を説明できる可能性があります。 ドーピング比が増加するとオージェ再結合が増加し、デバイス効率が低下します53,54。 ここで、NA が 1019 cm-3 を超えて上昇すると、JSC はさらに低下することが示されました。 その結果、現在のシミュレーションにおける NA の最高値を 1019 cm-3 に設定することにしました。

直列抵抗 (Rs) は、OPSC の動作、特に FF と短絡電流 (ISC) に大きな影響を与えます。 直列回路の抵抗が増加するとFFは低下します。 したがって、Rs のレベルが高くなると、ISC も同様に減少し始めます。 したがって、Rs が非常に高い場合、デバイスの効率は低下します55。 これにより、研究者らはペロブスカイト光活性材料の PCE と FF が Rs の変化によってどのように変化するかを調査することになりました。 Rs を 0 から 12 Ω cm2 まで変化させながら OPSC の性能を評価し、Rs が OPSC 性能に及ぼす影響を調べます。 さまざまな抵抗のJ-Vプロファイルを図6aに示します。 私たちの研究は、太陽光発電が優れた性能を持ち、より低いRsでより高いFFを備えていることを示しています(図6b〜e)。 Rs が上昇すると、デバイスの効率は急速に低下します。 これらの発見は、他の研究で報告されたものと一致しています 36,56。

(a) 異なる直列抵抗を持つ OPSC の J-V 特性。 さまざまな直列抵抗による OPSC 性能パラメータのバリエーション: (b) VOC、(c) JSC、(d) FF、および (e) PCE。 ( f )3 Ω cm2の一定の直列抵抗を持つさまざまなシャント抵抗を持つOPSCのJ – V特性。 さまざまなシャント抵抗による OPSC 性能パラメータのバリエーション: (g) VOC、(h) JSC、(i) FF、および (j) PCE。

シャント抵抗 (Rsh) は、OPSC57 における電荷再結合のいくつかの経路によって引き起こされます。 Rsh を 0 から 1000 Ω cm2 まで変化させてデバイスの動作をシミュレーションし、OPSC 性能に対する Rsh の影響を調べます。 図6f、jに見られるように、Rshを変更すると、いくつかの異なるデバイス特性に影響します。 Rsh が上昇すると、OPSC のパフォーマンスが向上することがわかります。 800 Ω cm2 では PCE = 19.15% および FF = 73.13%、1000 Ω cm2 ではそれぞれ PCE = 19.35% および FF = 73.8% が得られます。 したがって、800 Ω cm2 の Rsh が最適であると判断します。

図 7a は、周囲温度を 17 °C から 57 °C に変更することが OPSC デバイスの J-V プロットにどのような影響を与えるかを示しています。 温度が上昇すると、VOCとFFの両方が影響を受けることがわかりました。 ただし、JSC には目立った変化はありません。 VOC と FF の両方が温度上昇の影響を受けるため、効率は徐々に低下します。 この調査は、周囲環境での OPSC が 25% 以上の優れた効率をもたらすことを示しています。 ただし、図 7b に示すように、温度が上昇すると、この効率は徐々に低下します。 温度が上昇すると、再結合電流と逆飽和電流が増加し、VOC とデバイスの性能がさらに低下します。 さらに、デバイスがより高い温度で動作すると、バンドギャップが小さくなり、励起子の再結合が増加し、効率が低下する可能性があります58。 この観察は、熱帯地域で OPSC を選択する場合に非常に重要になる可能性があります。

(a) (a) J-V 曲線および (b) PV パラメータ (JSC、VOC、FF、PCE) に対する動作温度の影響。

最後に、最適化された OPSC の性能を、ETM 層としてインジウム ガリウム 亜鉛酸化物 (IGZO) で作られた OPSC の性能と比較しました (図 8a を参照)。 最近では、IGZO が ETM として使用されています。 高いμe、環境安定性、低い処理温度、およびペロブスカイトに匹敵する電子親和力により、大きな期待がもてます37,44,59。 図 8 の挿入表でわかるように、In2S3 ベースのデバイスは、IGZO ベースのデバイスと同等の光起電力パラメータを示しました。 この研究結果により、近い将来、高効率ペロブスカイト太陽電池の製造が容易になることが期待されます。 エネルギー準位レイアウトは、ETM、MAPbI3 吸収層、および HTM として Spiro-OMeTAD を組み込むことによって構築されます。 この配置は、HTM とペロブスカイト間の価電子帯および ETM とペロブスカイト間の伝導帯の変動を指す価電子/伝導帯オフセットに影響します。 ETM/MAPbI3 および MAPbI3/HTM 界面でのエネルギーレベルのオフセットは、太陽電池の性能に大きな影響を与えます36。 図8b、cは、In2S3およびIGZO層に基づくOPSC内で、準フェルミ準位FnおよびFpがECおよびEVと共存していることを示しています。 示されているように、In2S3 および IGZO ベースの構造は、ETM/MAPbI3 界面で 0.121 eV および 0.294 eV という小さな伝導帯オフセット (CBO) を示し、In2S3 ETM が電子輸送に優れた界面を提供していることを示しています。 ただし、IGZO 膜は ETM/MAPbI3 界面でより大きな価電子帯オフセットを示しました。これは、正孔の逆流をブロックし、OPSC での再結合速度を抑制するのに重要です。

(a) In2S3 や IGZO 膜など、さまざまな ETM を使用したペロブスカイト太陽電池の J-V 曲線。 (b) In2S3 および (c) IGZO に基づく提案された OPSC のバンド オフセット動作。 この図は、ETM (200 nm) と MAPbI3 層 (700 nm) の最適化された厚さを使用して計算されました。 (d) 厚さ200 nmのさまざまなETMを備えたOPSCのEQE。

最後に、図8dに示すように、In2S3およびIGZO ETMベースのOPSCのEQEスペクトルを推定しました。 EQE は、半導体の特定の機能とセルの設計に応じて変化する可能性があります。 IGZO ETM ベースの OPSC は、In2S3 ETM ベースの OPSC よりも可視スペクトル全体にわたって比較的高い QE スペクトルを示すことが証明されています。 これは、IGZO のバンドギャップが広いため、MAPbI3 膜から効果的に電子を抽出しながら、可視光の吸収を最小限に抑えることができるためです。 一般に、In2S3 と IGZO ETM の両方を使用すると、OPSC の EQE を効果的に向上させることができると結論付けることができます。 ただし、適切な ETM の選択は、デバイスの特定のニーズと、最適なパフォーマンスを得るために推奨される波長範囲によって異なります。

私たちは、デバイスの性能と欠陥密度の関係についての洞察を提供しました。これは、製造プロセスの最適化とデバイスの性能の向上に役立つ可能性があります。 この問題に対処するために考えられるアプローチの 1 つは、製造プロセス中の成長条件を最適化して欠陥密度を最小限に抑えることです。 たとえば、成長プロセス中に温度、圧力、およびスピン コーティング法のその他の重要なパラメータを注意深く制御することにより、デバイス内の欠陥の数を減らすことができます。 欠陥密度を減らすために、界面パッシベーションとアニオン/カチオンエンジニアリングを実行することもできます。 さらに、アニーリングなどの成長後の処理技術によっても、材料内の欠陥密度を減らすことができます。 要約すると、製造レベルまたは工業レベルでデバイスの特性を調整する実現可能性が重要な考慮事項であることに同意します。

SCAPS-1D モデルは、PV の安定性の向上、効率の向上、ヒステリシス挙動の低減を目的として、OPSC の代替 ETM 膜としての In2S3 の可能性を初めて調査しました。 不完全性と高温の問題は、シミュレーション解析の基本です。 理論的には、In2S3 は OPSC の ETL として TiO2 を置き換えることができ、その結果、欠陥密度が 2.45 × 1015 cm-3 を超える場合、欠陥状態が OPSC 効率に大きな影響を与えることが示されました。 最後に、OPSC は 20 ~ 30 °C で最も効果的に機能します。 効率 20.15% (VOC = 1.089 V、JSC = 24.18 mA/cm2、FF = 76.45%) の最適化された設計は、適切な ETL としての In2S3 の可能性を明らかにします。 この研究は、MAPbI3 ペロブスカイト太陽電池の潜在的な ETL として硫化インジウムの実用化に向けた道を開くものです。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Kareem, SH、Elewi, MH、Naji, AM、Ahmed, DS & Mohammed, MK 二重エンジニアリング戦略: 付加的および次元エンジニアリング アプローチによる、効率的で安定した純粋な α 相 FAPbI3 ペロブスカイト太陽電池。 化学。 工学 J. 443、136469 (2022)。

記事 Google Scholar

Thakur, A.、Singh, D. & Gill, SK 効率 26.11% の平面型 CH3NH3PbI3 ペロブスカイト ニップ太陽電池の数値シミュレーション。 メーター。 今日はProc. 71、195–201 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Dureja, T.、Garg, A.、Bhalla, S.、Bhutani, D. & Khanna, A. 19.9% の変換効率を実現するダブル鉛フリー ペロブスカイト太陽電池: SCAPS-1D ベースのシミュレーション研究。 メーター。 今日はProc. 71、239–242 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Abdulzahraa、HG、Mohammed、MK、Raoof、ASM ペロブスカイト吸収層の性能を高めるための塩化ルビジウム・アルカリ・ハロゲン化物を用いた電子輸送層エンジニアリング。 カー。 応用物理学。 34、50–54 (2022)。

記事 ADS Google Scholar

Abdulzahraa、HG、Mohammed、MK、Raoof、ASM 2D/3D ヘトロ構造ペロブスカイトベースの太陽光発電を改善するための正孔阻止層としての酸化スズ/還元酸化グラフェンのハイブリッド。 サーフィン。 インターフェイス 31、102092 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

リー、Hら。 効率 24% 以上の連続真空蒸着ペロブスカイト太陽電池。 科学。 上級 8、eabo7422 (2022)。

論文 PubMed Google Scholar

IOPカンファレンスシリーズ「材料科学と工学」にて、MSのメデデ氏、AMのアル・ゲボリ氏、アラスカ州ハントゥーシュ氏。 012071 (IOP出版)。

小島明、手島和、白井裕、宮坂哲、太陽電池用の可視光増感剤としての有機金属ハロゲン化物ペロブスカイト。 混雑する。 化学。 社会 131、6050–6051 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

キム、G.-H. & Kim, DS 変換効率が 25% を超えるペロブスカイト太陽電池の開発。 ジュール 5、1033–1035 (2021)。

記事 Google Scholar

Jeong, J. et al. α-FAPbI3 ペロブスカイト太陽電池の擬似ハロゲン化物アニオンエンジニアリング。 Nature 592、381–385 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

ミン、H.ら。 SnO2 電極上に原子的にコヒーレントな中間層を備えたペロブスカイト太陽電池。 Nature 598、444–450 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahmed, DS, Mohammed, BK & Mohammed, MK グリーン貧溶媒戦略を使用した、長期安定でヒステリシスのない平面ペロブスカイト太陽電池。 J. メーター。 科学。 56、15205–15214 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ジェイコブソン、TJ 他 FAIR データ原則に基づいたペロブスカイト太陽電池のオープンアクセス データベースおよび分析ツール。 ナット。 エネルギー 7、107–115 (2022)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhao、X.ら。 全無機界面安定化ペロブスカイト太陽電池の老化の加速。 サイエンス 377、307–310 (2022)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

パンディー、R. et al. ハロゲン化物組成により、変換効率 30.7% の無毒なペロブスカイト - シリコン タンデム型太陽電池が設計されました。 ACS アプリケーション。 電子。 メーター。 https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c01574 (2023)。

Humadi, MD、Hussein, HT、Mohamed, MS、Mohammed, MK & Kayahan, E. 連続蒸着製造における FA/MA 前駆体温度制御を介してペロブスカイト太陽電池の性能と安定性を向上させる簡単なアプローチ。 オプション。 メーター。 112、110794 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Kadhim, AK、Mohammad, MR、Abd Ali, AI & Mohammed, MK 還元酸化グラフェン/Bi2O3 複合材料は、メゾスコピック ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層を修飾する望ましい候補として挙げられます。 Energy Fuels 35、8944–8952 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Majeed, SM、Mohammed, MK & Ahmed, DS ペロブスカイト前駆体溶液への緑色添加剤として乳酸エチルを使用した、効率的でヒステリシスのない混合次元 2D/3D ペロブスカイト太陽電池。 J. メーター。 化学。 C 10、16480–16491 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

サン、Hら。 Na2S ドープの緻密な TiO2 電子輸送層を使用した平面ペロブスカイト太陽電池における界面欠陥の不動態化と導電率の向上。 ACS アプリケーション。 メーター。 インターフェース。 12、22853–22861 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

胡、W.ら。 TiO2 ナノ粒子の低温 in situ アミノ官能基化により、電子管理が強化され、21% 以上の効率の平面ペロブスカイト太陽電池が実現します。 上級メーター。 31、1806095 (2019)。

記事 Google Scholar

あなた、Y.ら。 TiO2/WO3 二重層は、効率 20% を超える効率的な平面ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層として使用されます。 上級メーター。 インターフェイス 7、1901406 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Majeed, SM、Ahmed, DS & Mohammed, MK ペロブスカイト太陽電池の性能と安定性を向上させる新しい 3-メチルチオフェン添加剤。 RSC アドバンス 11、10425–10433 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Karthick, S.、Velumani, S. & Bouclé, J. 実験と SCAPS でシミュレートされたホルムアミジニウム ペロブスカイト太陽電池: デバイスの性能の比較。 ソル。 エネルギー 205、349–357 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

周、H.ら。 高効率ペロブスカイト太陽電池の界面工学サイエンス 345、542–546 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Singh, T. & Miyasaka, T. 制御された湿度の下、大気中で製造された混合カチオン ペロブスカイト太陽電池により 20% を超える効率を安定化。 上級エネルギーメーター。 8、1700677 (2018)。

記事 Google Scholar

Chen, P.、ying, X.、Que, M.、Liu, X.、Que, W. 効率的で安定した平面型ペロブスカイト太陽電池のための信頼性の高い光電気化学的安定性を備えた低温溶液処理酸化インジウム薄膜。 J. メーター。 化学。 A 5、9641–9648 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

MJ Kadhim & MK Mohammed 環境に優しい溶媒添加剤として酢酸エチルを使用した効率的なトリプルカチオン ペロブスカイト太陽電池の製造。 メーター。 解像度ブル。 158、112047 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Widianto, E.、Rosa, ES、Triyana, K.、Nursam, NM、Santoso, I. 酸化グラフェンを正孔輸送層として使用した炭素ベースのペロブスカイト太陽電池の性能解析: 実験および数値シミュレーション。 オプション。 メーター。 121、111584 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Wu, R.、Xu, Y.、Xu, R.、Huang, Y. & Zhang, B. 超薄ナノシートベースの 3D 階層的多孔質 In 2 S 3 ミクロスフェア: 化学変換合成、特性評価、および強化された光触媒特性と光電気化学特性。 J. メーター。 化学。 A 3、1930 ~ 1934 年 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Hou, Y. et al. 低温処理された In2S3 電子輸送層により効率的なハイブリッド ペロブスカイト太陽電池が実現。 ナノエネルギー 36、102–109 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

リー、Yら。 ロッドコイルブロック共重合体と剛直なホモポリマーを含む混合系から自己集合した階層的ナノ構造。 科学。 議員 5、1–13 (2015)。

Google スカラー

Raj Mohamed, J.、Sanjeeviraja, C.、Amalraj, L. 噴霧スプレー熱分解 In2S3 薄膜に対する基板温度の影響。 J. メーター。 科学。 メーター。 電子。 27、4437–4446 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Xu, Z.、Wu, J.、Yang, Y.、Lan, Z.、Lin, J. 電子輸送層として硫化インジウムを使用した高効率平面型ハイブリッド ペロブスカイト太陽電池。 ACS アプリケーション。 エネルギーメーター。 1、4050–4056 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Yang, B.、Wang, M.、Hu, X.、Zhou, T.、Zang, Z. 電子輸送層として低温処理された In2S3 を使用した高効率の半透明 CsPbIBr 2 ペロブスカイト太陽電池。 ナノエネルギー 57、718–727 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Burgelman, M.、Nollet, P.、Degrave, S. 多結晶半導体太陽電池のモデリング。 薄い固体フィルム 361、527–532 (2000)。

記事 ADS Google Scholar

Al-Mousoi、AK et al. 電子輸送層として酸化セリウムを組み込んだ無鉛ペロブスカイト太陽電池のシミュレーションと解析。 RSC アドバンス 12、32365–32373 (2022)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ホセイン、MK et al. DFT、SCAPS-1D、および wxAMPS フレームワークを組み合わせて、さまざまな電荷輸送層を備えた効率的な Cs 2 BiAgI 6 ベースのペロブスカイト太陽電池の設計を最適化します。 RSC アドバンス 12、35002–35025 (2022)。

記事 Google Scholar

Al-Mousoi、AK et al. 電荷キャリアの拡散長と CsSnGeI3 ペロブスカイト太陽電池の性能との相関関係の比較研究。 エネルギー燃料 36、14403–14410 (2022)。

記事 Google Scholar

Kumar, A.、Singh, S.、Mohammed, MK 20.5% の電力変換効率と無視できるヒステリシスを備えた、環境に優しい単接合ダブルペロブスカイト (Cs2AuBiCl6) 太陽電池の数値研究。 内部。 J.エネルギー研究所。 46、20180–20193 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Kumar, A. & Sharma, P. 鉛フリー Cs3Sb2Br 9 ペロブスカイト太陽電池のトランスファー マトリックス法に基づく効率向上。 ソル。 エネルギー 259、63–71 (2023)。

記事 ADS Google Scholar

Prasanna, JL、Goel, E. & Kumar, A. MAPbI3 ペロブスカイト太陽電池の性能制限パラメータに関する数値研究。 オプション。 量的。 電子。 55、610 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

Burgelman, M.、Decock, K.、Niemegeers, A.、Verschraegen, J.、Degrave, S. SCAPS マニュアル。 2月(2016年)。

ハシェミ、M.ら。 高効率ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層として溶射された In2S3 薄膜の電気的および光学的特性評価。 ソル。 エネルギー 215、356–366 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Rono, N.、Merad, AE、Kibet, JK、Martincigh, BS & Nyamori, VO メチルアンモニウムヨウ化鉛をベースとしたペロブスカイト太陽電池の太陽光発電性能のシミュレーション。 オプション。 量的。 電子。 54、317 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Chakrabartty, J.、イスラム、マサチューセッツ州、Reza, S. 高効率 2D/3D 二重層逆ペロブスカイト太陽電池の性能分析。 ソル。 エネルギー 230、195–207 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Elango, I.、Selvamani, M.、Ramamurthy, PC & Kesavan, AV エネルギーバンドギャップと欠陥密度を調整することによる鉛フリー無機ペロブスカイト太陽光発電における VOC の研究。 セラム。 内部。 48、29414–29420 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

サジッド、S.ら。 三元デバイスの計算機研究: 安定、低コスト、効率的な平面ペロブスカイト太陽電池。 ナノマイクロレター10、1–11(2018)。

記事 ADS Google Scholar

Liu, D.、Gangishetty, MK & Kelly, TL プレーナ型ヘテロ接合ペロブスカイト太陽電池におけるデバイス効率に対する CH 3 NH 3 PbI 3 の厚さの影響。 J. メーター。 化学。 A 2、19873–19881 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

ラザ、E.ら。 セシウムベースの三元陽イオンペロブスカイト太陽電池の性能に対する電荷輸送層の電気的特性の影響に関する数値シミュレーション解析。 ソル。 エネルギー 225、842–850 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhao、P.ら。 SnO2 電子輸送層に基づく平面ヘテロ接合ペロブスカイト太陽電池の数値シミュレーション。 ACS アプリケーション。 エネルギーメーター。 2、4504–4512 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Bag, A.、Radhakrishnan, R.、Nekovei, R.、Jeakumar, R. デバイス シミュレーションによるペロブスカイト太陽電池の性能に対する吸収層、正孔輸送層の厚さ、およびそのドーピング濃度の影響。 ソル。 エネルギー 196、177–182 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Tian、J.ら。 効率的で動作的に安定した太陽電池のための全無機ペロブスカイト膜の組成工学。 上級機能。 メーター。 30、2001764 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Haider, SZ、Anwar, H. & Wang, M. 正孔輸送材料として無機ヨウ化銅を使用したペロブスカイト太陽電池の包括的なデバイスモデリング。 半導体。 科学。 テクノロジー。 33、035001 (2018)。

記事 ADS Google Scholar

Ghosh、A.、Dipta、SS、Nikor、SSS、Saqib、N.、Saha、A. 効率的で安定したペロブスカイト太陽電池の性能分析と金属酸化物輸送層の組み込みの比較研究。 JOSA B 37、1966–1973 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Heriche, H.、Rouabah, Z.、Bouarissa, N. SCAPS シミュレーション プログラムを使用した新しい超薄型 CIGS 構造太陽電池。 内部。 J. 水素エネルギー 42、9524–9532 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Chakraborty, K.、Choudhury, MG & Paul, S. SCAPS-1D デバイス シミュレーションを使用した Cs2TiX6 (X= Br-、I-、F-、Cl-) ベースのペロブスカイト太陽電池の数値研究。 ソル。 エネルギー 194、886–892 (2019)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Pindolia, G.、Shinde, SM & Jha, PK SCAPS-1D シミュレーションによる無機鉛フリー RbGeI3 ベースのペロブスカイト太陽電池の最適化。 ソル。 エネルギー 236、802–821 (2022)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Rono, N.、Merad, AE、Kibet, JK、Martincigh, BS & Nyamori, VO ホルムアミジニウムヨウ化スズをベースとした無鉛ペロブスカイト太陽電池用の正孔輸送層材料の最適化。 エネルギー技術 9、2100859 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

ホセイン、MK et al. 効率向上のための異なる電子輸送層を備えた Cs2BiAgI6 ダブルペロブスカイト太陽電池の設計とシミュレーション。 エネルギー燃料 37、3957–3979 (2023)。

記事 CAS Google Scholar

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著者らは、ワリス・アル・アンビヤ大学 (イラク) の技術支援に感謝の意を表します。

ムスタファ KA モハメッド、アリ K. アルムソイ、ラーフル パンディーなどの著者も同様に貢献しました。

コーネル大学材料科学工学部、イサカ、ニューヨーク州、14850、米国

ダヴー・ダスタン

University of Warith Al-Anbiya、56001、カルバラ、イラク

ムスタファ・KA・モハメッド

アル・イラクア大学工学部電気工学科、バグダッド、10011、イラク

アリ・K・アル・ムソイ

ソーラーラボ、GLA大学、マトゥラ、281406、インド

アンジャン・クマール

アルバヤン大学工学部技術専門学校、バグダッド、10011、イラク

シナン・Q・サリフ

INTI 国際大学データ サイエンス & 情報技術学部、BBN Initial Broadcast、71800、ニライ、ヌグリ スンビラン、マレーシア

PS ジョセフさん

応用科学部、イラク工科大学、バグダッド、10011、イラク

ドゥハ・S・アーメド

VLSI Center of Excellence、チトカラ大学工学技術研究所、チトカラ大学、ラジプラ、パンジャブ、140417、インド

ラーフル・パンディ

土木環境工学部、キング・ファハド石油鉱物資源大学、ダーラン、31261、サウジアラビア

ザヘル・マンダー・ヤシーン

膜と水のセキュリティに関する学際的研究センター、キング・ファハド石油鉱物資源大学、ダーラン、31261、サウジアラビア

ザヘル・マンダー・ヤシーン

電子研究所。 原子力研究施設、バングラデシュ原子力委員会、ダッカ、1349、バングラデシュ

M. ハリド・ホサイン

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概念化、方法論、ソフトウェア、検証、AKA、AK、SQS、MKAM。 正式な分析、調査、リソース、データキュレーション、執筆 - 原案の準備、MKH、ZMY、DSA。 監督、プロジェクト管理、DD、RP、PSJ すべての著者は原稿の出版版を読み、同意しました。 著者全員が出版に同意しています。

ムスタファ KA モハメッドまたは PS ジョセフンへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Dastan、D.、Mohammed、MKA、Al-Mousoi、AK 他。 ペロブスカイト太陽電池の電子輸送材料としての硫化インジウムの光起電力特性についての洞察。 Sci Rep 13、9076 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-36427-3

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受信日: 2023 年 2 月 1 日

受理日: 2023 年 6 月 3 日

公開日: 2023 年 6 月 5 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36427-3

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