Xây dựng mô hình vật lý của pin mặt trời với vật liệu perovskite

c bẫy/loại bỏ các khuyết 
 d và JSC, liên quan đến sự hoàn chỉnh của sự hấp thụ. Hơn 
 tật trong oxit hoặc tại giao diện oxit / perovskite [33, 34]. 
 nữa, ngoại trừ mẫu #4, tất cả các thiết bị có sfront tương đối 
 kém (cao), có thể do không đủ rào cản giữa PEDOT: PSS và Các kết quả gần đây cho thấy các cải tiến qui trình, chẳng 
 hạn như xử lý Li của TiO2, có thể ngăn chặn / loại bỏ sự trễ, 
 perovskites [21] cũng như thu thập kém trong TiO2 [33 - 35]. 
 xem [37]. Hơn nữa, các tế bào có cấu trúc truyền thống 
 Một khi chúng ta trích xuất các thông số vật lý kết hợp 
 (không ôxít, như trong hình 3 (a, b)) cho thấy độ trễ rất ít 
 với các mẫu có hiệu suất cao (#1 và #3) với các chất hấp thụ 
 [21, 38]. Thực tế là hiệu ứng trễ sẽ được giảm thiểu một khi 
 thực chất, thì tự hỏi liệu hiệu suất có thể được cải thiện 
 perovskites đủ giàu để tích hợp trong các mô-đun, mô hình 
 thêm hay không và nếu có thì yếu tố nào là quan trọng 
 được đề xuất ở đây chưa tính đến ảnh hưởng hiệu suất do 
 nhất. Mô hình nhỏ gọn dựa trên cơ sở vật lý cho phép 
 độ trễ một cách rõ ràng. 
 chúng ta khám phá không gian pha hiệu suất như một hàm 
 của các tham số khác nhau, như hình 6. 5. KẾT LUẬN 
 Nghiên cứu này đã đưa ra một mô hình phân tích mô tả 
 cả các đặc tính điện áp - dòng (I-V) điện tối và sáng cho bốn 
 loại khác nhau [p-i-n/p-p-n và n-i-p/n-p-p] và mô phỏng 
 cho loại truyền thống (p-i-n) của các tế bào mặt trời 
 perovskite. Một đóng góp quan trọng của mô hình là, cùng 
 với các kỹ thuật đo lường khác, nó cung cấp một cách tiếp 
 cận đơn giản và bổ sung để mô tả đặc tính, tối ưu hóa và 
 định hình các tế bào được chế tạo. Các thông số vật lý 
 không thể đo trực tiếp, chẳng hạn như Vbi của một thiết bị 
 p-i-n, cũng có thể được suy ra bằng cách sử dụng mô hình. 
 Ngoài việc xác định các thông số của một tế bào hiện có 
 và gợi ý các cơ hội để cải thiện hơn nữa, mô hình có thể 
 Hình 6. Hiệu suất lượng tử nội tại (IEQ) và mở rộng (EQE) so với độ dày hấp phục vụ một nhu cầu cơ bản khác, cụ thể là khả năng dự 
 2
 thụ đối với mẫu #1. Các tham số sử dụng là: Vbi = 1V, T = 300K, Dn = 0,05cm /s, đoán hiệu suất tối ưu của tấm pin gồm nhiều tế bào 
 2 2 -1 -1 2 -1 -1 15
 Dp = 0,03cm /s, µn = 0,1cm V s , µp = 0,2cm V s , τn = 30s, τp = 20s, n0 = 10 , perovskite riêng lẻ. Hiệu suất tấm pin được quyết định bởi 
 16 17 19 2 2 5
 p0 = 10 , NA = 10 , ND = 10 , sn = 2.10 m/s, sp =10.10 cm/s, σ = 10.10 cm, sự thay đổi quy trình được phản ánh trong các thông số 
 3
 Geff = 23mA/cm khác nhau [13, 39]. Thật vậy, các nghiên cứu gần đây [40, 
 Ví dụ, trong khi vẫn giữ tất cả các tham số khác bằng 41] cho thấy khoảng cách hiệu dụng lớn giữa các tế bào và 
 các giá trị được trích xuất, ta có thể khám phá tầm quan mô-đun mặt trời dựa trên perovskite - một mạch tương 
 trọng của độ dày hấp thụ lên hiệu suất tế bào, xem hình 6. đương dựa trên mô hình phân tích vật lý được phát triển có 
 Mô hình cho thấy cả hai hiệu suất lượng tử nội tại và mở thể vạch ra khoảng cách hiệu dụng mô-đun của tế bào để 
 rộng cao hơn khi độ dày hấp thụ nhỏ. Tuy nhiên, chất hấp phân phối thống kê một hoặc nhiều tham số và đề xuất cơ 
 thụ mỏng hơn không thể hấp thụ hoàn toàn ánh sáng, hội cải tiến. Việc đóng khoảng trống giữa các mô-đun này 
 trong khi chất hấp thụ dày hơn thu thập và làm giảm hệ số là bước tiếp theo với điều kiện cần thiết cho khả năng tồn 
 lấp đầy. Điều này là do cạnh tranh giữa sự tái tổ hợp bề mặt tại thương mại của các tế bào mặt trời perovskite. 
28 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 55.2019 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
 PHỤ LỤC [6]. T. Minemoto and M. Murata, 2015. Theoretical analysis on effect of band 
 Các tham số của mô hình được trích xuất bằng cách kết offsets in perovskite solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 133, pp. 8–14. 
hợp các phương trình với dữ liệu thực nghiệm. Thuật toán [7]. B. Tripathi, P. Bhatt, P. Chandra Kanth, P. Yadav, B. Desai, M. Kumar 
phù hợp có hai phần: 1) Lựa chọn mô hình 2) Mô phỏng Pandey, and M. Kumar, 2015. Temperature induced structural, electrical and 
động học. Trước khi làm khớp với dữ liệu, cấu trúc của tế optical changes in solution processed perovskite material: Application in 
bào phải được biết trước (ví dụ: PEDOT: PSS / Perovskite / photovoltaics. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 132, pp. 615–622. 
PCBM hoặc TiO2 / Perovskite / Spiro-OMeTAD) và liệu bộ [8]. J. M. Foster, H. J. Snaith, T. Leijtens, and G. Richardson, 2014. A model 
hấp thụ có tự pha tạp hay không. Lý tưởng nhất, phép đo for the operation of perovskite-based hybrid solar cells: formulation, analysis and 
điện áp-điện dung cung cấp cấu hình kích thích; thay vào comparison to experiment. SIAM Journal on Applied Mathematics vol. 74, no. 6, 
đó, chúng ta thấy rằng độ dốc (dI/dV) của đường cong I-V pp. 1935–1966. 
sáng ở điện áp thấp cũng có thể phân biệt các tế bào tự [9]. W. W. Gärtner, 1959. Depletion-layer photoeffects in semiconductors. 
pha tạp và đồng nhất. Nếu điện trở ký sinh được chiết xuất Phys. Rev., vol. 116, pp. 84–87. 
từ I-V tối là không đáng kể, mô hình của nghiên cứu này 
 [10]. X. X. Liu and J. R. Sites, 1994. Solar-cell collection efficiency and its 
cho rằng sự giảm sút quang điện này dẫn đến sự giảm của 
 variation with voltage. J. Appl. Phys., vol. 75, no. 1, pp. 577 – 581. 
vùng thu thập điện tích của bộ hấp thụ pha tạp tùy thuộc 
vào điện áp. Tính năng này giúp người dùng chọn đúng mô [11]. S. Hegedus, D. Desai, and C. Thompson, 2007. Voltage dependent 
hình cho một thiết bị. photocurrent collection in CdTe/CdS solar cells. Prog. Photovoltaics Res. Appl., vol. 
 15, no. 7, pp. 587–602. 
 Các thông số vật lý cần sử dụng là: Gmax, σ, d, D, sf, sb, Vbi, 
 [12]. R. S. Crandall, 1983. Modeling of thin film solar cells: Uniform field 
Jf0, và Jb0. qGmax có thể thu được bằng cách lấy tích phân 
theo độ hấp thụ photon (khoảng 23mA/cm2) và 1/σ ở approximation. J. Appl. Phys., vol. 54, no. 12, pp. 7176 – 7186. 
quanh 100 nm; D ≈ 0,05cm2s-1 được sử dụng với hệ thống [13]. S. Dongaonkar and M. A. Alam, 2012. End to end modeling for 
vật liệu cho cả điện tử và lỗ trống. variability and reliability analysis of thin film photovoltaics. in IEEE International 
 400nm là một gợi ý ban đầu hợp lý cho d, vì độ dày hấp Reliability Physics Symposium Proceedings, 2012. 
thụ là khoảng 300nm đến 500nm cho các tế bào năng [14]. S. S. Hegedus, 1997. Current-voltage analysis of a-Si and a-SiGe solar 
 cells including voltage-dependent photocurrent collection. Prog. Photovoltaics, vol. 
lượng mặt trời perovskite. Người ta đã chứng minh rằng sf 
 5, no. 3, pp. 151–168, 1997. 
kém hơn sb trong hầu hết các trường hợp do rào thế không 
đủ thấp giữa PEDOT: PSS và perovskites cũng như tuổi thọ [15]. M. Hejri, H. Mokhtari, M. R. Azizian, M. Ghandhari, and L. Soder, 
trung bình thấp của TiO2. Do đó, dự đoán ban đầu cho sf và 2014. On the Parameter Extraction of a Five-Parameter Double-Diode Model of 
 3 2
sb có thể gần đúng khoảng 10 cm/s và 10 cm/s, tương ứng. Photovoltaic Cells and Modules. IEEE J. Photovoltaics, vol. 4, no. 3, pp. 915–923, 
Các đường giao nhau Vbi được ước tính là điện áp chéo của May 2014. 
đường cong I-V tối và sáng. [16]. K. Ishaque, Z. Salam, and H. Taheri, 2011. Simple, fast and accurate 
 -13 -15 2
 Vì Jf0 và Jb0 ở bậc 10 đến 10 mA/cm , nên có thể lấy two-diode model for photovoltaic modules. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 95, 
chúng làm giá trị ban đầu. Sau đó, có thể sử dụng các bước no. 2, pp. 586–594, 2011. 
mô phỏng phù hợp cho dòng tối trong khi các tham số [17]. S. Dongaonkar, C. Deline, and M. A. Alam, 2013. Performance and 
được trích xuất từ dòng quang điện được lấy cố định. Một reliability implications of two-dimensional shading in monolithic thin-film 
khi thu được các thông số, chúng phải được kiểm tra tự hợp photovoltaic modules. IEEE J. Photovoltaics, vol. 3, no. 4, pp. 1367–1375. 
và hội tụ giữa các đặc tính sáng và tối. [18]. K. Brecl and M. Topič, 2008. Simulation of losses in thin-film silicon 
 modules for different configurations and front contacts. Prog. Photovoltaics Res. 
 Appl., vol. 16, no. 6, pp. 479–488. 
 [19]. K. Brecl, M. Topič, and F. Smole, 2005. A detailed study of monolithic 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO contacts and electrical losses in a large-area thin-film module. Prog. Photovoltaics 
 [1]. S. Kazim, M. K. Nazeeruddin, M. Grätzel, and S. Ahmad, 2014. Perovskite Res. Appl., vol. 13, no. 4, pp. 297–310. 
as light harvester: a game changer in photovoltaics. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., [20]. G. T. Koishiyev and J. R. Sites, 2009. Impact of sheet resistance on 2-D 
vol. 53, no. 11, pp. 2812–24. modeling of thin-film solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 93, no. 3, pp. 
 [2]. M. A. Green, A. Ho-Baillie, and H. J. Snaith, 2014. The emergence of 350–354. 
perovskite solar cells. Nat. Photonics, vol. 8, no. 7, pp. 506–514. [21]. W. Nie, H. Tsai, R. Asadpour, J.-C. Blancon, A. J. Neukirch, G. Gupta, J. 
 [3]. R. F. Service, 2014. Energy technology: Perovskite solar cells keep on J. Crochet, M. Chhowalla, S. Tretiak, M. A. Alam, H.-L. Wang, and A. D. Mohite, 
surging. Science, vol. 344, no. 6183, p. 458. 2015. High-efficiency solution-processed perovskite solar cells with millimeter-
 [4]. T. Minemoto and M. Murata, 2014. Impact of work function of back scale grains. Science (80-. )., vol. 347, no. 6221, pp. 522–525, Jan. 2015. 
contact of perovskite solar cells without hole transport material analyzed by device [22]. A. Guerrero, E. J. Juarez-Perez, J. Bisquert, I. Mora-Sero, and G. 
simulation. Curr. Appl. Phys., vol. 14, no. 11, pp. 1428–1433. Garcia-Belmonte, 2014. Electrical field profile and doping in planar lead halide 
 [5]. F. De Angelis, 2014. Modeling Materials and Processes in Hybrid/Organic perovskite solar cells, Appl. Phys. Lett., vol. 105, no. 13, p. 133902, Sep. 2014. 
Photovoltaics: From Dye-Sensitized to Perovskite Solar Cells. Acc. Chem. Res., vol. [23]. V. D’Innocenzo, G. Grancini, M. J. P. Alcocer, A. R. S. Kandada, S. D. 
47, no. 11, pp. 3349–3360. Stranks, M. M. Lee, G. Lanzani, H. J. Snaith, and A. Petrozza, 2014. Excitons versus 
 No. 55.2019 ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 29
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P - ISSN 1859 - 3585 E - ISSN 2615 - 961 9 
 free charges in organo-lead tri-halide perovskites. Nat. Commun., vol. 5, p. 3586, [39]. S. Dongaonkar, S. Loser, E. J. Sheets, K. Zaunbrecher, R. Agrawal, T. J. 
 2014. Marks, and M. a. Alam, 2013. Universal statistics of parasitic shunt formation in 
 [24]. M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, and H. J. Snaith, solar cells, and its implications for cell to module efficiency gap. Energy Environ. 
 2012. Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal Sci., vol. 6, no. 3, pp. 782–787, 2013. 
 halide perovskites. Science, vol. 338, no. 6107, pp. 643–7. [40]. F. Di Giacomo, V. Zardetto, A. D’Epifanio, S. Pescetelli, F. Matteocci, S. 
 [25]. Q. Dong, Y. Fang, Y. Shao, P. Mulligan, J. Qiu, L. Cao, and J. Huang, Razza, A. Di Carlo, S. Licoccia, W. M. M. Kessels, M. Creatore, and T. M. Brown, 
 2015. Electron-hole diffusion lengths >175 m in solution grown CH3NH3PbI3 2015. Flexible Perovskite Photovoltaic Modules and Solar Cells Based on Atomic 
 single crystals. Science (80). Layer Deposited Compact Layers and UV-Irradiated TiO2 Scaffolds on Plastic 
 Substrates. Adv. Energy Mater. 
 [26]. S. D. Stranks, G. E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M. J. P. Alcocer, 
 T. Leijtens, L. M. Herz, A. Petrozza, and H. J. Snaith, 2013. Electron-hole diffusion [41]. F. Matteocci, L. Cinà, F. Di Giacomo, S. Razza, A. L. Palma, A. 
 lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber. Guidobaldi, A. D’Epifanio, S. Licoccia, T. M. Brown, A. Reale, and A. Di Carlo, 2014. 
 Science, vol. 342, no. 6156, pp. 341–4. High efficiency photovoltaic module based on mesoscopic organometal halide 
 perovskite. Prog. Photovoltaics Res. Appl., vol. 20, no. 1, pp. 6–11. 
 [27]. V. Gonzalez-Pedro, E. J. Juarez-Perez, W.-S. Arsyad, E. M. Barea, F. 
 Fabregat-Santiago, I. Mora-Sero, and J. Bisquert, 2014. General Working 
 Principles of CH3NH3PbX3 Perovskite Solar Cells. Nano Lett., vol. 14, no. 2, pp. 
 888–93, Mar. 2014. AUTHORS INFORMATION 
 [28]. X. Sun, R. Asadpour, W. Nie, A. D. Mohite, M. A. Alam, 2015. A Physics- Nguyen Tuan Anh, Nguyen Huu Duc 
 based Analytical Model for Perovskite Solar Cells. IEEE Journal of Photovoltaics, 
 Electric Power University 
 vol.5, no.5, pp. 1389 - 1394, Jul. 2015. 
 [29]. L. A. a. Pettersson, L. S. Roman, O. Inganäs, and O. Inganäs, 1999. 
 Modeling photocurrent action spectra of photovoltaic devices based on organic 
 thin films. J. Appl. Phys., vol. 86, no. 1, p. 487. 
 [30]. J. E. Moore, S. Dongaonkar, R. V. K. Chavali, M. A. Alam, and M. S. 
 Lundstrom, 2014. Correlation of built-in potential and I-V crossover in thin-film 
 solar cells. IEEE J. Photovoltaics, vol. 4, no. 4, pp. 1138– 1148. 
 [31]. J. L. G. R. V. K. Chavali, J. E. Moore, X. Wang, M. A. Alam, M. S. 
 Lundstrom, 2015. Frozen Potential Approach to Separate the Photo-Current and 
 Diode Injection Current in Solar Cells. IEEE J. Photovoltaics, 2015. 
 [32]. M. Liu, M. B. Johnston, and H. J. Snaith, 2013. Efficient planar 
 heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition. Nature, vol. 501, no. 
 7467, pp. 395–8. 
 [33]. H. J. Snaith, A. Abate, J. M. Ball, G. E. Eperon, T. Leijtens, N. K. Noel, S. 
 D. Stranks, J. T. W. Wang, K. Wojciechowski, and W. Zhang, 2014. Anomalous 
 hysteresis in perovskite solar cells. J. Phys. Chem. Lett., vol. 5, no. 9, pp. 1511– 
 1515. 
 [34]. E. L. Unger, E. T. Hoke, C. D. Bailie, W. H. Nguyen, A. R. Bowring, T. 
 Heumuller, M. G. Christoforo, and M. D. McGehee, 2014. Hysteresis and transient 
 behavior in current-voltage measurements of hybrid-perovskite absorber solar 
 cells. Energy Environ. Sci., pp.3690–3698. 
 [35]. Y. Zhao and K. Zhu, 2013. Charge Transport and Recombination in 
 Perovskite (CH3NH3)PbI3 Sensitized TiO2 Solar Cells. J. Phys. Chem. Lett., vol. 4, no. 
 17, pp. 2880–2884. 
 [36]. M. A. Alam and M. Ryyan Khan, 2013. Fundamentals of PV efficiency 
 interpreted by a two-level model. Am. J. Phys., vol. 81, no. 9, p. 655. 
 [37]. J. Hyuck Heo, M. Sang You, M. Hyuk Chang, W. Yin, T. K. Ahn, S.-J. Lee, 
 S.-J. Sung, D. Hwan Kim, and S. Hyuk Im, 2015. Hysteresisless mesoscopic 
 CH NH PbI perovskite Hybrid solar cells by introduction of Li-treated TiO electrode. 
 3 3 3 2 
 Nano Energy, vol. 15, pp. 530–539. 
 [38]. O. Malinkiewicz, C. Roldán-Carmona, A. Soriano, E. Bandiello, L. 
 Camacho, M. K. Nazeeruddin, and H. J. Bolink, 2014. Metal-Oxide-free 
 methylammonium lead iodide perovskite-based solar cells: The influence of organic 
 charge transport layers. Adv. Energy Mater., pp. 1–9. 
30 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 55.2019