Експериментально виготовлено перовскітну сонячну комірку (PSC) зі структурою Au/Spiro-MeOTAD/CH3NH3PbI3/PEDOT:PSS/ITO. Емпірично отримано основні фотоелектричні характеристики структури, а саме вольт-амперні характеристики (ВАХ), виміряні у діапазоні напруги від -1В до 1В. Під час вимірювань були розраховані відповідні значення густини струму короткого замикання (Jsc) 1,23 мА/см² та напруги холостого ходу (Uoc) 0,19 В відповідно. Аналітично сформована модель, що відповідає виготовленому зразку. Для моделювання параметрів гетероструктури перовскітового сонячного елемента використовувалося середовище Comsol Multiphysics, побудоване на методі скінченних елементів. Теоретично обчислено значення густини струму короткого замикання 3,29 мА/см² та напруги холостого ходу 0,2 В. Використовуючи системне забезпечення Comsol визначено максимальну потужність структури для експериментального зразка та теоретичної моделі цієї ж структури 0,11 Вт та 0,43 Вт відповідно. Співставлено результати експерименту та аналітичної моделі. Результати моделювання пройшли експериментальну верифікацію. Оптимізована аналітична модель структури була побудована шляхом додавання електронно транспортного шару (ETL). Для покращення ефективності комірки використано органічний матеріал BCP (Bathocuproine), у якості додаткового шару ETL. Теоретично обчислено ВАХ, що уможливило подальші розрахунки значення щільності струму короткого замикання 10,17 мА/см², напруги холостого ходу 1,2 В та максимального значення потужності структури Au/BCP/Spiro-MeOTAD/CH3NH3PbI3/PEDOT:PSS/ITO, що становить 3,21 В. Проведено порівняння вольт-амперних характеристик комірок перовскіту в темновому та світлому режимах для первинної та оптимізованої структур. Заразом зроблено порівняння основних параметрів, отриманих під час моделювання експериментального зразка та подальшої оптимізованої моделі. Зокрема, було оцінено один із ключових параметрів гетероструктур сонячних елементів, коефіцієнта заповнення, який збільшився з 16,52% до 25,00% відповідно. Світлочутливі параметри перовскітноїкомірки були помітно покращені.
[1]. Nayak, P. K., Mahesh, S., Snaith, H. J., & Cahen, D. (2019). Photovoltaic solar cell technologies: analysing the state of the art. Nature Reviews Materials, 4(4), 269-285.
[2]. Tao, Q., Xu, P., Li, M., & Lu, W. (2021). Machine learning for perovskite materials design and discovery. npj Computational Materials, 7(1), 23.
[3]. Zhang, L., Mei, L., Wang, K., Lv, Y., Zhang, S., Lian, Y., ... & Ding, L. (2023). Advances in the application of perovskite materials. Nano-Micro Letters, 15(1), 177.
[4]. Rai, N., Rai, S., Singh, P. K., Lohia, P., & Dwivedi, D. K. (2020). Analysis of various ETL materials for an efficient perovskite solar cell by numerical simulation. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 31, 16269-16280.
[5]. Al-Shahri, O. A., Ismail, F. B., Hannan, M. A., Lipu, M. H., Al-Shetwi, A. Q., Begum, R. A., ... & Soujeri, E. (2021). Solar photovoltaic energy optimization methods, challenges and issues: A comprehensive review. Journal of Cleaner Production, 284, 125465
[6]. , Kong, J., Wang, H., Rohr, J. A., Fishman, Z. S., Zhou, Y., Li, M., ... & Taylor, A. D. (2020). Perovskite solar cells with enhanced fill factors using polymer-capped solvent annealing. ACS Applied Energy Materials, 3(8), 7231-7238.
[7]. Chen, Y., Tan, S., Li, N., Huang, B., Niu, X., Li, L., ... & Zhou, H. (2020). Self-elimination of intrinsic defects improves the low-temperature performance of perovskite photovoltaics. Joule, 4(9), 1961-1976.
[8]. Kong, J., Wang, H., Rohr, J. A., Fishman, Z. S., Zhou, Y., Li, M., ... & Taylor, A. D. (2020). Perovskite solar cells with enhanced fill factors using polymer-capped solvent annealing. ACS Applied Energy Materials, 3(8), 7231-7238.
[9]. Hossain, M. K., Toki, G. I., Kuddus, A., Rubel, M. H. K., Hossain, M. M., Bencherif, H., ... & Mushtaq, M. (2023). An extensive study on multiple ETL and HTL layers to design and simulation of high-performance lead-free CsSnCl3-based perovskite solar cells. Scientific Reports, 13(1), 2521.
[10]. Hu, Z., Ran, C., Zhang, H., Chao, L., Chen, Y., & Huang, W. (2023). The current status and development trend of perovskite solar cells. Engineering, 21, 15-19.
[11]. Zanuccoli, M., Semenihin, I., Michallon, J., Sangiorgi, E., & Fiegna, C. (2013). Advanced electro-optical simulation of nanowire-based solar cells. Journal of Computational Electronics, 12, 572-584
[12]. Bin, H., Wang, J., Li, J., Wienk, M. M., & Janssen, R. A. (2021). Efficient Electron Transport Layer Free Small‐Molecule Organic Solar Cells with Superior Device Stability. Advanced Materials, 33(14), 2008429..
[13]. Ismail, Z. S., Sawires, E. F., Amer, F. Z., & Abdellatif, S. O. (2023). Experimentally verified analytical models for the dynamic response of perovskite solar cells using measured I–V and C–V characteristics. Optical and Quantum Electronics, 55(14), 1272.
[14]. Girtan, M., Mallet, R., Socol, M., & Stanculescu, A. (2020). On the physical properties PEDOT: PSS thin films. Materials Today Communications, 22, 100735.
[15]. Ren, G., Han, W., Deng, Y., Wu, W., Li, Z., Guo, J., ... & Guo, W. (2021). Strategies of modifying spiro-OMeTAD materials for perovskite solar cells: a review. Journal of Materials Chemistry A, 9(8), 4589-4625.
[16]. Tawalbeh, M., Al-Othman, A., Kafiah, F., Abdelsalam, E., Almomani, F., & Alkasrawi, M. (2021). Environmental impacts of solar photovoltaic systems: A critical review of recent progress and future outlook. Science of The Total Environment, 759, 143528.
[17]. Zhang, S., & Sun, J. (2023). Design and optimization of ARC solar cell with intrinsic layer and p–n junction in bottom cell under AM1. 5G standard spectrum. Emergent Materials, 6(1), 159-166.
[18]. Elion, G. R. (2020). Electro-optics handbook. CRC Press.
[19]. Chen, R., Long, B., Wang, S., Liu, Y., Bai, J., Huang, S., ... & Chen, X. (2021). Efficient and stable perovskite solar cells using bathocuproine bilateral-modified perovskite layers. ACS Applied Materials & Interfaces, 13(21), 24747-24755.
[20]. Hashemi, M., Minbashi, M., Ghorashi, S. M. B., Ghobadi, A., Ehsani, M. H., Heidariramsheh, M., & Hajjiah, A. (2021). Electrical and optical characterization of sprayed In2S3 thin films as an electron transporting layer in high efficient perovskite solar cells. Solar Energy, 215, 356-366.
[21]. Asgary, S., Moghaddam, H. M., Bahari, A., & Mohammadpour, R. (2021). Role of BCP layer on nonlinear properties of perovskite solar cell. Solar Energy, 213, 383-391.