基于纳米结构的钙钛矿太阳能电池的仿真与性能分析，旨在提升其转换效率

摘要

钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有较高的效率潜力；然而，其光吸收能力受到为实现高效电荷传输所需的薄吸收层厚度限制。在不降低电性能的前提下提高光吸收效率仍然是实现高效率PSCs的关键挑战。在本研究中，系统地设计了四种基于钙钛矿的器件结构，并通过数值方法对其进行了研究，以利用等离子体光捕获、界面工程和串联集成来提升吸收性能。光学特性通过时域有限差分（FDTD）仿真进行分析，而电性能则在标准AM1.5G光照条件下通过耦合的有限元漂移-扩散模型进行评估。研究的配置包括：一种参考平面结构、一种带有半球形银纳米结构的等离子体设计、一种基于石墨烯-InP肖特基结的混合结构，以及一种钙钛矿-InP串联器件。等离子体结构增强了长波段的吸收能力，尽管吸收层厚度减小，但功率转换效率仍从16.1%提升到了18.9%。引入石墨烯-InP界面后，电荷提取效率进一步提高，达到了约24.8%。串联结构实现了最宽的光谱利用范围，通过互补吸收和电压叠加效应，模拟效率最高可达32%。这些结果证明了光电联合优化的重要性，并为开发高效薄膜钙钛矿太阳能电池提供了设计指导。