Analisis de celdas solares de perovskitas totalmente inorganicas basadas en CsPbIxBr3􀀀x mediante simulaciones computacionales empleando SCAPS-1D

MARTINEZ NAHUEL; PINZON CARLOS; CASAS GUILLERMO; CAPPELLETTI MARCELO; ALVIRA, F. C.

CABA

Congreso; Reunion Anual de la Asociacion de Fisica Argentina; 2019

 En la ultima decada, las celdas solares basadas en materiales con estructura de perovskita (CSP), han atrado especial atencion en la investigacion fotovoltaica, debido a que tienen menor costo, e insumen menos tiempo y energa para su fabricacion en comparacion a las celdas solares de silicio cristalino convencionales. Las CSP, estan incluidas dentro de las celdas solares de pelcula delgada de tercera generacion, constan de una capa de perovskita que se encuentra en el medio entre una pelcula semiconductora de tipo p (HTL) y una de tipo n (ETL). La absorcion de la luz solar tiene lugar en la capa de perovskita, en la cual se generan los pares electronhueco. La capa HTL permite el transporte de huecos y bloquea el ujo de electrones hacia el anodo mediante una barrera de energa en la interfaz HTL/Perovskita; mientras que la capa ETL posibilita el transporte de electronesy bloquea el  flujo de huecos hacia el catodo mediante una barrera de energa en la interfaz Perovskita/ETL.Las CSP mas ecientes obtenidas hasta el momento son las denominadas hbridas (organicas-inorganicas) basadas en haluros con estructura de perovskita de la forma MAPbX3, donde MA es el metilamonio CH3NH3 y X es Cl, Br o I. Este tipo de CSP ha incrementado sustancialmente su eciencia de conversion de potencia (PCE) desde 3.8% en el a~no 2009 [1] hasta 25.2% en el a~no 2019 [2]. Sin embargo, la alta volatilidad de los cationes organicos hidrolos, conduce a que estos dispositivos tengan problemas de inestabilidad termica, lo cual es un obstaculo para su posterior comercializacion. Una de las alternativas que ha comenzado recientemente a ser explorada y que ha demostrado ser efectiva para superar esta deciencia y mejorar la estabilidad termica de los dispositivos, son las denominadas celdas solares de perovskita totalmente inorganicas. En particular, las CSP invertidas (del tipop-i-n) son las que presentan mayor estabilidad. Si bien la eciencia maxima alcanzada actualmente por este tipo de celdas es de 15.6% [3], presentan una excelente estabilidad termica, muy superior a las celdas solares hbridas de perovskita [4].En este trabajo se estudiaran CSP totalmente inorganicas con estructura: HTL/Perovskita/ETL, donde la capa de Perovskita es un haluro inorganico de la forma CsPbIxBr3􀀀x, con x en el rango de 0 a 3. Se analizaran diferentes combinaciones de materiales inorganicos para las capas de transporte, tales como Cu2O, NiO, CuSCN y CuI (para la capa HTL), y TiO2, ZnO y SnO2 (para la capa ETL).Para todas las combinaciones de CSP mencionadas, se obtendran mediante simulaciones computacionales parametros caractersticos que describen su desempe~no. En las simulaciones se variaran parametros que intervienen en la fase de dise~no de los dispositivos como espesores de capas, niveles de dopados, tiempos de vida medio (o longitudes de difusion), movilidades, tasas de recombinacion, entre otros, con el n de obtener las condicionesoptimas de dise~no que permitiran lograr mayores eciencias que las actuales. Los estudios seran llevados a cabo de manera teorica, a partir de la utilizacion de herramientas computacionales que posibilitan predecir y analizar el funcionamiento de los dispositivos bajo estudio, e investigar los factores que limitan su desempe~no. En particular, se utilizara el software SCAPS-1D [5], ampliamente avalado por la comunidad cientca relacionada con las CSP [6].