基于SCAPS-1D模拟的锑基双钙钛矿太阳能电池设计与性能优化研究

本文通过SCAPS-1D（Solar Cell Capacitance Simulator in One Dimension）模拟，系统研究了无铅双钙钛矿材料Cs2AgBi1-xSbxBr6（x=0, 0.25, 0.5, 0.75）的光伏性能。研究发现，富锑（Sb-rich）组分（x=0.75）因优化的带隙对齐和载流子传输特性，实现了26.32%的理论最高功率转换效率（PCE），为开发高效环保的钙钛矿太阳能电池（PSCs）提供了新思路。

　　

Highlight

锑（Sb）掺杂的双钙钛矿材料因其优异的光电性能和环境友好特性，成为下一代光伏技术的潜力候选者。本研究通过SCAPS-1D模拟揭示了富锑组分（如Cs₂AgBi_0.25Sb_0.75Br₆）的卓越表现：其带隙边缘的强光吸收能力、优化的能带对齐和载流子迁移率，共同促成了26.32%的突破性理论效率。

PV Parameters, Quantum Efficiency, and Band Offset of the Simulated Devices

模拟结果显示，随着锑含量增加，电池的短路电流密度（J_sc）显著提升（x=0.75时达34.12 mA/cm²），而开路电压（V_oc）稳定在约0.9 V。量子效率分析表明，富锑组分在可见光区具有更宽的光谱响应，这归因于其更窄的带隙和减少的缺陷态复合。

Conclusion

本研究表明，通过精确调控Cs₂AgBi_1-xSb_xBr₆中的锑掺杂比例，可显著提升钙钛矿太阳能电池的性能。富锑组分不仅解决了传统铋（Bi）基材料宽带隙的限制，还展现出与商业化光伏技术竞争的潜力，为可持续发展能源提供了新方向。