İki boyutlu BA2PbI4 perovskit katmanı içeren güneş hücresi yapısının verim optimizasyonu

Perovskit güneş hücrelerinin güç dönüşüm verimliliği, son zamanlarda hızla artmıştır. Bu gelişme, cihaz mimarisinin optimizasyonu, boşluk ve elektron taşıma tabakalarının iyileştirilmesi ve yüksek kaliteli perovskit filmlerin üretilebilmesiyle mümkün olmuştur. Ancak, 3B perovskit güneş hücreleri neme, ısıya ve ışığa maruz kaldığında düşük kararlılık gösterirler. Bu kararlılık sorununa çözüm olarak, yapı içerisinde 2B perovskit katmanları kullanılabilir. Bu çalışmada, NIP yapısındaki FTO/ETL/3B perovskit/2B perovskit/HTL/Au güneş hücresi modellenmiştir. Önerilen yapı SCAPS-1D yazılımı kullanılarak AM1.5G güneş spektrumu aydınlatması (1000 W/m2) ve 300 K ortam sıcaklığı altında simüle edilmiştir. Farklı ETL ve HTL malzemelerinin karşılaştırmalı analiz sonuçlarına göre, sırasıyla SnO2 ve NiO en uygun katman malzemeleri olarak seçilmiştir. 3B perovskit katman kalınlığının artışıyla Voc ve FF değerleri düşerken Jsc değeri artmıştır. 2B perovskit katman kalınlığının artırılması durumunda ise simülasyon sonuçlarına göre güneş hücresi performansı olumsuz etkilenmiştir. Ayrıca, 3B perovskit katmanındaki kusur yoğunluğu artışının güneş hücresi performansını düşürdüğü görülmüştür. Simülasyonlarla perovskit güneş hücrelerinin kararlılık problemlerini en aza indirecek optimum güneş hücresi tasarlanmaya çalışılmıştır. 900 nm kalınlığa sahip 3B perovskit katman üzerine kaplama katmanı olarak 9 nm kalınlığında 2B perovskit katmanın yer aldığı FTO/SnO2/3B perovskit/2B perovskit/NiO/Au yapısına sahip NIP güneş hücresi tasarlanmıştır. Optimum güneş hücresi simülasyonu sonucunda Voc 1,40 V, Jsc 25,59 mA/cm², FF %79,59 ve PCE %28,58 olarak elde edilmiştir.