光学学报, 2022, 42 (23): 2331002, 网络出版: 2022-12-14   

硫化锑同质结薄膜太阳电池设计与缺陷分析 下载: 568次

Design and Defect Analysis of Sb2S3 Homojunction Thin Film Solar Cells
作者单位
东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心,江西 南昌 330013
摘要
硫化锑(Sb2S3)薄膜具有n型和p型两种导电类型。利用wxAMPS对具有不同电子传输层和空穴传输层的Sb2S3同质结太阳电池进行了设计和缺陷分析。提出了由glass/FTO/ZnS/(n)Sb2S3/(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD/Au构成的器件结构。在Sb2S3同质结太阳电池中形成的内建电场增加了能带的弯曲程度,从而导致了开路电压的增加。(p)Sb2S3中缺陷对器件性能的影响比(n)Sb2S3中的缺陷对器件性能的影响更大,而在ZnS/(n)Sb2S3界面和(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD界面处的缺陷对器件性能有同样重要的影响。当(n)Sb2S3和(p)Sb2S3中的缺陷密度都为1015 cm-3,且ZnS/(n)Sb2S3界面处和(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD界面处的缺陷密度都为109 cm-2时,太阳电池的效率能够达到23.96%。模拟结果表明,基于Sb2S3同质结的器件设计是实现高效太阳电池的有效结构。
Abstract
Antimony sulfide (Sb2S3) thin films possess n-type and p-type conductivity. Design and defect analysis on promising light-harvesting material Sb2S3 homojunction solar cells with various electron transport layers and hole transport layers are performed by using wxAMPS. The device structure consisting of glass/FTO/ZnS/(n)Sb2S3/(p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD/Au is proposed. In Sb2S3 homojunction solar cells, a built-in electric field is formed that increase the bending of the energy band and therefore leads to the increase of open-circuit voltage. Bulk defects in the (p)Sb2S3 have stronger impact on the device performance than that in the (n)Sb2S3, but defects at ZnS/(n)Sb2S3 interface and (p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD interface have the same effects on device performance. When the bulk defect density in (n)Sb2S3 and (p)Sb2S3 is 1015 cm-3, and the interface defect density at ZnS/(n)Sb2S3 interface and (p)Sb2S3/Spiro-OMeTAD interface is 109 cm-2, then the optimized conversion efficiency of the solar cells can reach 23.96%. Simulation results show that device design with Sb2S3 based homojunction is an effective structure to achieve highly efficient solar cells.

肖友鹏, 王怀平. 硫化锑同质结薄膜太阳电池设计与缺陷分析[J]. 光学学报, 2022, 42(23): 2331002. Youpeng Xiao, Huaiping Wang. Design and Defect Analysis of Sb2S3 Homojunction Thin Film Solar Cells[J]. Acta Optica Sinica, 2022, 42(23): 2331002.

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