采用ZnO/TiO?电子传输层（ETL）和金（Au）作为背电极，设计了一种基于第三代钙钛矿太阳能电池的高效光伏阵列

《Optik》：Design of a High-Efficiency PV Array of 3rd Generation Perovskite Solar Cells Using a ZnO/TiO? ETL and Au in the Back Electrode

钙钛矿太阳能电池通过几何优化和材料改进提升性能，研究使用COMSOL Multiphysics模拟金字塔形电子传输层（ETL）高度对光吸收的影响，发现0.7倍总厚度时效率最优，并对比ZnO/FtO ETL材料和银/金背面电极的差异。

　　

Hagar Marouf | Khalil M. Elkhamisy | El-Sayed M. El-Rabaie | Ahmed Nabih Zaki Rashed | Nariman Abdel-Salam

电子与通信系，电子工程学院，梅努菲亚大学，梅努夫，32952，埃及

章节摘录

引言

钙钛矿材料是一类用于光伏应用的革命性半导体材料，为传统的硅基太阳能电池提供了有吸引力的替代方案。它们具有显著的优势，包括高光吸收系数、长的载流子扩散长度和低制造成本，因此受到了研究人员和工业界的广泛关注。然而，当阳光从一个表面传递到另一个表面时，会受到所谓的菲涅尔效应的影响。

相关工作

Jinyoung等人[13]开发了采用ZnO电子传输层（ETL）的钙钛矿太阳能电池（PSC），其外部涂有甲氧基苯甲酸自组装单层（SAMs），从而提高了整体的光伏性能和可靠性。基于TMBA-SAM的PSC器件效率达到了13.75%，而未经处理的ZnO器件效率仅为1.44%。

Young等人[14]研究了用于减少MAPbI₃基平面异质结PSC中能量损耗的ETL双层结构。这种受控的电学拓扑结构提供了合适的解决方案。

模型结构

我们利用COMSOL Multiphysics仿真研究了采用薄膜设计的PSC的光学和电学行为。我们主要测试了将ETL从FtO更换为ZnO，以及将金属接触层从银更换为金（PSC由五层组成）对性能的影响。图1(a)展示了带有金背电极的ZnO PSC的结构，然后将其与带有银背电极的PSC进行了性能比较。

仿真设置

图6展示了COMSOL Multiphysics 6.1程序中光学和电学计算的流程图。结果部分最后研究了通过SIMULINK/MATLAB模拟得到的IV曲线和PV曲线（阵列尺寸为26行×264列）。我们将在下文中详细说明所有的仿真设置。

仿真结果

这些仿真结果表明，具有一定比例高度的金字塔结构能够实现最高的阳光吸收效率。我们的研究通过多次仿真发现，当金字塔高度为0.7时可以获得最佳效果。许多关于太阳能电池和光催化剂等器件的表面纹理化研究已经探讨了金字塔高度的影响。

结论与未来工作

本研究成功展示了一种通过材料改性与几何优化相结合来提升PSC性能的新方法。我们的研究目标是探讨金字塔形氧化锌（ZnO）、电子传输层（ETL）和金背电极对器件性能的影响，并优化金字塔的尺寸。主要发现是，当金字塔层的高度占总ETL厚度的0.7时，能够达到最佳平衡。

伦理批准

不适用

参与同意

所有作者均同意参与这项研究工作。

出版同意

所有作者均获准发表研究结果

资金支持

作者声明在撰写本手稿过程中未收到任何资金、资助或其他形式的支持。

作者贡献声明

Ahmed Nabih Zaki Rashed：研究、概念设计。 El-Rabaie El-Sayed：监督、研究。 El-Khamisy Khalil：软件开发、研究、数据分析。 Hagar Marouf：验证、软件使用、方法论设计。 Nariman Abdel-Salam：数据分析、数据整理、概念构思。

利益冲突

作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。