通过持续的参数评估优化基于纤维的钙钛矿太阳能电池的效率

《Journal of Computational Electronics》：Efficiency optimization of fiber-based perovskite solar cells through consistent parametric evaluation

纤维基钙钛矿太阳能电池通过碳纤维/钛复合电极和三离子钙钛矿材料实现高效稳定性能，研究采用圆柱坐标系下结合费米-狄拉克统计和亥姆霍兹方程的经典漂移-扩散模型，利用有限元法与中心差分结合Scharfetter-Gummel近似进行高精度模拟，优化发现增大纤维半径可提升短路电流，降低电极势垒可提高开路电压，同时减少复合系数和缺陷密度能提升填充因子，最终模拟得出15.512%的转换效率。

　　

摘要

钙钛矿太阳能电池（PSCs）在清洁能源采集供应链领域取得了快速进展，这得益于其较高的功率转换效率（PCE）。该领域的最新突破之一是开发了基于纤维的钙钛矿太阳能电池（FPSCs），这种电池采用碳纤维/钛（Ti）复合材料制成的圆柱形柔性电极，以及三价阳离子钙钛矿吸收材料Cs?.??(FA?.??MA?.??)?.??Pb(I?.??Br?.??)?，该材料具有更好的稳定性、效率和更均匀的晶体薄膜。本研究采用自下而上的建模方法，通过在一个圆柱坐标系统中应用经典的漂移-扩散模型（包括费米-狄拉克统计和亥姆霍兹方程）来模拟基于碳纤维的钙钛矿太阳能电池（CFPSCs）的性能。为了获得高精度，采用了基于中心差分方案的形状函数和Scharfetter-Gummel近似的有限体积法（FVM）。当前的评估框架为研究圆柱形结构的载流子动态、复合机制和电荷传输现象提供了路径。优化结果表明，增加纤维半径可以提高短路电流；同时，降低电极势垒可以提升开路电压。此外，减少辐射复合过程系数、捕获截面、总缺陷密度以及Shockley-Read-Hall复合过程和Auger复合过程的热速度，可以提高填充因子。模拟结果显示，短路电流（J_SC）为15.344 mA/cm²，开路电压（V_oc）为1.270 V，填充因子（FF）为79.579%，功率转换效率（PCE）为15.512%。这些关键结果凸显了基于纤维的钙钛矿太阳能电池在未来的光电子技术中的应用潜力。

图形摘要