通过嵌入等离子体纳米颗粒实现高效环保的钙钛矿太阳能电池：基于真实器件结构的光学模拟研究
应用物理
2020-01-08 v1
摘要
近年来，溶液处理的卤化铅基钙钛矿太阳能电池克服了重要挑战，提供了低成本与高太阳能转换效率。然而，由于多晶吸收层较薄（约 350 nm），其光收集仍未经优化。此外，其高毒性（源于钙钛矿晶体结构中的铅）使得在未来商业化中必须进一步减薄吸收层厚度，且不降低器件性能。本文旨在通过在真实卤化物基钙钛矿太阳能电池结构中首次嵌入不同尺寸、成分、浓度和垂直位置的球形等离子体纳米颗粒，解决这些问题并阐明其对吸收特性与增强的影响。我们从理论上表明，当银球嵌入钙钛矿层内时，等离子体增强的近场效应与散射使器件光电流增强高达约 7.3%。有趣的是，在钙钛矿中使用银球并在太阳能电池空穴传输层（PEDOT:PSS）内使用铝球的组合带来更高增强，达约 12%。该方法允许在 PSC 中使用更薄的钙钛矿层（薄至 150 nm）以达到无纳米颗粒器件的相同光电流，从而显著降低器件毒性。通过提供 PSC 光电流增强相关的纳米颗粒尺寸、形状、位置、成分和浓度要求，我们的研究为未来开发高效、环保且低成本的等离子体钙钛矿太阳能电池确立了指导方针。
引用
@article{arxiv.1905.00344,
title = {Efficient and environmental-friendly perovskite solar cells via embedding plasmonic nanoparticles: an optical simulation study on realistic device architecture},
author = {George Perrakis and George Kakavelakis and George Kenanakis and Constantinos Petridis and Emmanuel Stratakis and Maria Kafesaki and Emmanuel Kymakis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.00344},
year = {2020}
}
备注
16 pages, 9 figures (main text)