Иранская исследовательская группа повысила эффективность перовскитных солнечных элементов более чем на 20% с помощью случайной текстуры

Репортаж от Wedoany，Иранская исследовательская группа с помощью связанной двумерной конечно-элементной оптоэлектронной моделирующей платформы систематически проанализировала влияние случайной текстуры границ раздела на характеристики перовскитных солнечных элементов на основе метиламмоний-свинец-йодида (MAPbI₃). Они обнаружили, что квазисинусоидальная форма текстуры обеспечивает наилучший оптоэлектронный баланс, повышая эффективность преобразования энергии более чем на 20% по сравнению с плоским эталонным устройством.

В этом исследовании рассматривается, как введение наноструктурированной текстуры во все слои устройства влияет на его поведение. Модель улавливает взаимодействие между оптическими эффектами (такими как усиленный захват и поглощение света) и электронными процессами (включая перенос заряда и рекомбинацию), выявляя потенциальные пути использования многослойной текстуры для оптимизации общей эффективности устройства.

Автор-корреспондент Мэриам Зоги из Университета Тарбиат Модарес заявила журналу pv magazine: «Многие исследования используют случайную или периодическую текстуру, но мы систематически сравнили три различные случайные морфологии и обнаружили, что производительность устройства не определяется просто шероховатостью или увеличением площади поверхности. Ключевым моментом является компромисс между усилением полезного поглощения в перовскитном слое и потерями на перенос, вызванными морфологически зависимой извилистостью». Она добавила, что группа изучает масштабируемые производственные маршруты для воспроизводимого получения морфологии, определенной в этой работе, а также планирует исследовать долгосрочную стабильность этих текстурированных границ раздела.

Моделирование включало три репрезентативные морфологии случайных границ раздела: пирамидальную, бугристую и квазисинусоидальную. Пирамидальная форма имеет наименьшую шероховатость, отношение площади границы раздела и характерную глубину; бугристая форма обеспечивает большую площадь границы раздела и более глубокие характеристики, но также и самую высокую извилистость переноса; квазисинусоидальная форма сочетает наибольшую площадь границы раздела и самые глубокие характеристики с умеренной извилистостью, что обеспечивает наилучшие общие фотоэлектрические характеристики.

В качестве эталона использовался плоский перовскитный солнечный элемент, все элементы имели одинаковые материалы и толщину слоев. Моделируемая структура устройства: ITO/TiO₂/MAPbI₃/CuSCN/Au, включая 50 нм передний электрод из оксида индия-олова (ITO), 90 нм слой диоксида титана (TiO₂) для переноса электронов, 200 нм поглощающий слой перовскита MAPbI₃, 80 нм слой CuSCN для переноса дырок и 100 нм задний электрод из золота (Au).

Зоги отметила: «Самым удивительным результатом было то, что квазисинусоидальная текстура, не являясь ни самой острой, ни самой нерегулярной морфологией, неизменно превосходила пирамидальные и бугристые структуры. Первоначально мы ожидали, что более агрессивные текстуры (например, бугристая) будут генерировать самый высокий фототок за счет более сильного рассеяния света». Конкретные данные показывают, что квазисинусоидальная морфология обеспечивает наиболее благоприятный оптоэлектронный баланс: для устройства с поглощающим слоем 200 нм плотность тока короткого замыкания достигает 25,1 мА см⁻², эффективность преобразования энергии составляет 21,38%, а Jsc увеличивается на 15% по сравнению с плоским эталоном.

«Хотя бугристая структура обеспечивает некоторые оптические преимущества, она несет большие электрические потери, возможно, из-за увеличенной извилистости и последовательного сопротивления. Напротив, более гладкая квазисинусоидальная форма достигает лучшего оптоэлектронного баланса, увеличивая плотность тока короткого замыкания на 15%, а эффективность преобразования энергии — более чем на 20%. Это показывает, что „больше текстуры“ не всегда лучше», — добавила Зоги.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале «Results in Physics» под названием «Random textured interfaces for efficiency enhancement of perovskite solar cells». В исследовании приняли участие ученые из Университета Тарбиат Модарес и Тегеранского университета (Иран).

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com