Simulation des Cellules Solaires à base de Perovskites :MAPbI3, FAPbI3 et CsPbI3

Abstract

Le développement rapide des cellules solaires à pérovskite organo-halogénures métalliques (PSC) a permis d'atteindre un rendement de conversion d'énergie supérieur à 25 %. Cependant, leur déploiement à grande échelle et leur commercialisation potentielle sont actuellement limités par la présence de matériaux de transport d'électrons (ETL) traités à haute température, tels que le TiO2, et de matériaux de transport de trous (HTL) coûteux dans les dispositifs de pointe. En utilisant le simulateur de capacité de cellules solaires PTC Mathcad Prime 7.0.0.0, nous avons tenté de proposer des matériaux sélectifs de charge à faible coût comme ETL et HTL, capables d'offrir des performances photovoltaïques élevées. Pour cela, l'évaluation de TiO2, CdS, ZnO et SnO2 comme ETL a été validée. Par ailleurs, le rôle de l'épaisseur des ETL a également été étudié dans des PSC utilisant CH3NH3PbI3(MAPbI3) comme collecteur de lumière et Spiro-OMeTAD ( 2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4- methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene) comme HTM. Nos résultats de simulation suggèrent qu'une couche de ZnO de 50 nm est efficace comme ETL pour la fabrication de dispositifs. De plus, afin d'éviter l'utilisation du SpiroOMeTAD, différents HTL (CuO, Cu₂O, PEDOT-PSS (poly(3,4- éthylènedioxythiophène) )) ont été étudiés et leur épaisseur a été optimisée pour des performances élevées. Nous avons constaté que l'utilisation de Cu₂O comme couche HTL offre des performances comparables à celles du Spiro-Omtad. Nous avons répété cette étude pour trois matériaux absorbants différents : MAPbI₃, FAPbI₃ (CH(NH2)2PbI3) et CsPbI₃, et avons constaté que les meilleures performances sont obtenues avec la structure suivante : FTO/ZnO-50 nm / FAPbI₃ 1,5 μm/Spiro-Ometad-100 nm/Au avec un PCE de 28,83 %.