Etude de la structure solaire pérovskite : effet de la couche de transport des électrons // Study of the solar perovskite structure: effect of the electron transport layer

Abstract

إن فهم الأداء والتصميم الأمثل للجهازيتطلب دراسات تجريبية وعمليات محاكاة لتحقيق كفاءة تحويل عالية للخلايا الشمسية. الهدف من هذا العمل هو دراسة الهياكل الشمسية البيروفسكية: تأثير طبقة نقل الإلكترون. ينقسم هذا العمل إلى جزئين، الأول عبارة عن دراسة نظرية للخلايا المقترحة، الخلية الأولى Mn/ZnO/CH3NH3PbI3/NiO/FTO والخلية الثانية Mn/TiO2/CH3NH3PbI3/NiO/FTO باستعمال برنامج محاكاة AMPS-1D. الهيكل الثالث هوFTO/(P_ZnO,Al_ZnO,In_ZnO, Mg_ZnO)/CH3NH3PbI3/CuInSe2/Auباستخدام SCAPS-1D. وفقًا لنتائج المحاكاة باستخدام AMPS-1D. أفضل النتائج ذات كفاءة عالية تساوي 28.202%، وجهد الدارة المفتوحة يساوي 1.443 فولت، وكثافة تيار الدارة القصيرة تساوي 26.807 مللي أمبير/سم2 وقيمة جيدة لمعامل الجودة 72.9%. ووفقًا لنتائج المحاكاة باستخدام SCAPS-1D. أفضل النتائج ذات كفاءة عالية تساوي 27.44%، وجهد الدارة المفتوحة يساوي 1.224 فولت، وكثافة تيار الدارة القصيرة تساوي 25.311 مللي أمبير/سم2 وقيمة جيدة لمعامل الجودة 88.52%. اما الجزء الثانيقمنا بترسيب هياكل غير متجانسة.ZnOنقية و مطعمة بـ In و Al و Mg كطبقة نقل إلكترون عن طريق تقنية الترسيب الكهربائي و CH3NH3PbI3بواسطة الطلاء الدوراني. أظهر التوصيف بواسطة حيود الأشعة السينية أن البيروفسكايت (CH3NH3PbI3) يتبلور وفقًا للطور الرباعي مع الاتجاه المفضل [220]، ويتبلور ZnOوفقًا للطور السداسي مع الاتجاه المفضل [100].يُظهرالتوصيف المرئي للأشعة فوق البنفسجية للهياكل المتغايرة أنطاقة فجوة ZnOتتراوح من 3.15 إلى 3.42 فولت مع التطعيم من النوعn 3٪)AlوInوMg). تتغيرفجوة البيروفسكايت مع تطعيم طبقةETL. تتراوح القيم بين 1.53 فولتو 1.59 فولت اعتمادًا على مادة طبقة النقل. كما أن معامل الامتصاص لهذه العينات مرتفع ويتجاوز 105سم-1.

La compréhension des performances et la conception optimale des dispositifs nécessitent des études expérimentales et des simulations afin d'obtenir un rendement de conversion élevé des cellules solaires.L’objective de ce travail est l’étude des structure solaire à base de pérovskite: effet de la couche de transport des électrons. Ce travail est réparti par 2 parties, la première est une étude théorique des cellules proposée,la première Mn/ZnO/CH3NH3PbI3/NiO/FTO et la deuxième Mn/TiO2/CH3NH3PbI3/NiO/FTO avec AMPS-1D. La troisième structure est FTO/ (P_ZnO,Al_ZnO,In_ZnO, Mg_ZnO)/CH3NH3PbI3/CuInSe2/Au à l’aide de SCAPS-1D. D’après les résultats de simulation avec AMPS-1D, les meilleur résultats sont le rendement élevé égal à 28.202%, la tension de circuit ouvert égal à 1.443V, la densité de courant de courte circuit égal à 26.807mA/cm2 et bonne valeur pour le facteur de forme 72.9%. Et d’après les résultats de simulation avec SCAPS-1D, les meilleur résultats sont le rendement élevé égal à 27.44%, la tension de circuit ouvert égal à 1.224V, la densité de courant de courte circuit égal à 25.311mA/cm2 et bonne valeur pour le facteur de forme 88.52%. Et la deuxième partie est l’élaboration des hétérostructure de ZnO/ CH3NH3PbI3avec ZnO pure et dopées par Al, In et Mg comme couche de transport des électrons fait par technique de dépôt électrodéposition, et CH3NH3PbI3fait par spin coating. La caractérisation par diffraction des rayons x a montré que la pérovskite (CH3NH3PbI3) se cristallise selon la phase tetragonale avec une directionpréférable [220].Et le ZnOse cristallise selon la phase hexagonale avec une direction préférable [100]. La caractérisation par UV-visible des hétérostructures montre que l’énergie de gap de ZnO est variée de 3.15 à 3.42 eV avec le dopage de type n (3 % de Al, In et Mg). Le gap de la pérovskite change avec le dopage de la couche ETL. Les valeurs sont comprises entre 1.53 eV et 1.59 eV selon le dopant de la couche de transport. En plus, le coefficient d’absorption de ces échantillons est élevé et il dépasse 105 cm-1.

Understanding the performance and optimal device design requires experimental studies and simulations to achieve high conversion efficiency of solar cells.The objective of this work is the study of solar structures based on perovskite: effect of the electron transport layer. This work is divided into 2 parts; the first is a theoretical study of the proposed cells, the first Mn/ZnO/CH3NH3PbI3/NiO/FTO and the second Mn/TiO2/CH3NH3PbI3/NiO/FTO using AMPS-1D. The third structure is FTO/(P_ZnO,Al_ZnO,In_ZnO, Mg_ZnO)/CH3NH3PbI3/CuInSe2/Au using SCAPS-1D. According to the simulation results with AMPS-1D, the best results are high efficiency equal to 28.202%, open circuit voltage equal to 1.44V, short circuit current density equal to 26.807mA/cm2 and good value for fill factor 72.9%. And according to the simulation results with SCAPS-1D, the best results are high efficiency equal to 27.44%, open circuit voltage equal to 1.224V, short circuit current density equal to 25.311mA/cm2 and good value for fill factor 88.52%.And the second part is the development of heterostructuresZnO/CH3NH3PbI3 with Al, In and Mg doped ZnOas an electron transport layer. Characterization by x-ray diffraction showed that perovskite (CH3NH3PbI3) crystallizes according to the tetragonal phase with a preferable direction [220], and ZnO crystallizes according to the hexagonal phase with a preferable direction [100]. UV-visible characterization of the heterostructures shows that the gap energy of ZnO is varied from 3.15 to 3.42 eV with n-type doping (3% of Al, In and Mg). The gap of the perovskite changes with the doping of the ETL layer. The values are between 1.53 eV and 1.59 eV depending on the dopant of the transport layer. In addition, the absorption coefficient of these samples is high and exceeds 105 cm-1.