用SCAPS构建了铜锑硫薄膜太阳电池模型, 计算了器件的性能。分别研究了吸收层厚度、载流子浓度、缺陷密度和背电极功函数对器件性能的影响。结果表明, 过薄的吸收层对绿光和红光吸收不充分, 1.5~3 μm厚的吸收层能满足光谱吸收要求。当受主浓度为2×1018 cm-3时, 器件光电转换效率最高。缺陷密度大于10-14 cm-3时, 器件的光电转换效率急剧降低。贫铜富硫气氛制备铜锑硫可以提高受主浓度, 减小开路电压亏损, 也可以抑制硫空位缺陷形成, 从而提高器件的光电转换效率。功函数较高的材料能降低背电极势垒, 减少载流子在背电极复合。材料参数优化后, 器件的光电转换效率最高为21.74%。

多元硫化物Cd0.5Zn0.5S和氧化亚铜Cu2O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu2O和Cd0.5Zn0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明: 当光吸收层(CH3NH3PbI3)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm; 当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×1014 cm-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小; 此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为: 开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm2,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu2O/CH3 NH3PbI3/Cd0.5Zn0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。

采用SCAPS1D软件建立了CZTS (Cu2ZnSnS4)薄膜电池模型,并对其输出特性进行了数值模拟,分别研究了CZTS吸收层厚度、载流子浓度和禁带宽度对CZTS薄膜电池的影响。结果表明较薄的CZTS吸收层即可满足对光谱吸收需要。载流子浓度NA的增加可以提高开路电压,但会造成短路电流减小,所以载流子浓度也是太阳电池设计中需要平衡的问题之一。最后采用成分分级方法,通过改变Se/(Se+S)比例来研究不同禁带宽度下的CZT(S,Se) (Cu2ZnSn(S,Se)4)电池性能。结果发现当Se/(Se+S)=0.3,即Eg=1.32eV时电池效率达到最高21.1%。