基于PEA0.15FA0.75MA0.1SnI2Br的准二维/三维锡钙钛矿太阳能电池的设计与仿真：通过采用不同的电荷传输层来提升电池效率

《Scientific Reports》：Design and simulation of PEA0.15FA0.75MA0.1SnI2Br based quasi-2D/3D tin perovskite solar cells with different charge transport layers for efficiency enhancement

　　

摘要

宽带隙（WBG）锡基钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其更好的环境兼容性，已成为传统铅卤化物电池的有前景的无铅替代品。然而，它们的性能常常受到高陷阱态密度、水分引起的Sn²⁺氧化以及快速结晶的限制。通过将疏水性苯乙基铵（PEA⁺）阳离子引入WBG锡基钙钛矿中，可以实现准二维/三维钙钛矿结构的形成。这种结构改性促进了三维相的优先取向和结晶度的提高，同时二维组分能够钝化晶界、抑制水分渗透并减轻Sn²⁺的氧化。此外，PEA⁺的引入还调节了能带结构，从而改善了传输层界面处的电荷传输。在本研究中，使用SCAPS-1D对基于PEA_0.15FA_0.75MA_0.1SnI₂Br的准二维/三维钙钛矿太阳能电池进行了数值模拟，重点关注界面优化和传输层的选择。由于界面在载流子提取和器件效率中的关键作用，系统分析了界面处的电场分布和能带对齐情况。此外，还研究了吸收层厚度、缺陷密度、工作温度和背金属功函数对器件性能的影响，以确定最佳配置。实验结果表明，C₆₀和Cu₂O具有更合适的能带对齐和更好的电荷提取性能。经过全面优化后，该器件实现了0.93 V的开路电压、18.46 mA cm^?2的短路电流密度、81.21%的填充因子以及14.2%的最大功率转换效率。模拟结果为吸收层组成、界面能量学和电场分布之间的相互作用提供了宝贵的见解，有助于开发稳定、高效、无铅的WBG锡基钙钛矿太阳能电池。