王剑涛 肖文波† 夏情感 吴华明 李璠 黄乐

1) (南昌航空大学,无损检测技术教育部重点实验室,南昌 330063)

2) (江西省光电检测技术工程实验室,南昌 330063)

3) (南昌大学材料科学与工程学院,南昌 330031)

4) (广东工业大学材料与能源学院,广州 450001)

背电极是影响钙钛矿太阳电池性能的一个重要因素.本文采用COMSOL 软件仿真研究了背电极材料、结构、厚度对电池性能的影响规律.发现相对于背电极金属的功函数,其阻值对电池性能影响小.背电极结构除了阻值会影响电池性能,还存在影响电池性能的其他因素.蜂窝结构背电极中,考虑制作难易程度的情况下,圆形半径约等于边缘间距时性价比最高.预测背电极中每增加10%的孔隙,电池性能大约提升5%.背电极阻值随着厚度的增加而减小,考虑工艺、成本等因素的前提下,最佳的厚度应在100—150 nm 之间.

1 引言

影响钙钛矿太阳能电池效率的因素有很多,如器件结构[1]、界面属性[2,3]等.这些因素无一例外都会反映电池的光电转换效率(photoelectric conversion efficiency,PCE)[4]、串联电阻(series resistance,Rs)[5]、填充因子(fill factor,FF)[6]等变化.电池背电极[7,8]作为钙钛矿太阳能电池的重要部分,其阻值在串联电阻中占据了很大的比例.背电极阻值由材料的种类(例如铂Pt[9]、金Au[10]、炭基的复合材料[11])、结构[12](例如仿生蛾眼纳米结构背电极[13]、准交指式背电极[14])等耦合在一起决定,其反映了电池的性能,目前仍然有较大的优化空间[15,16].

为此,本文从背电极材料选取、结构设计及厚度优化出发,采用COMSOL 软件仿真研究了钙钛矿太阳能电池背电极……