Simulación numérica de celda solar de Perovskita con la incorporación de ZnO como capa transportadora de electrones

Abstract

En este estudio se utilizó al óxido de zinc (ZnO) como una capa transportadora de electrones (ETL), debido a sus sobresalientes propiedades semiconductoras y su proceso de síntesis sencillo en comparación con otros semiconductores. Obteniendo películas delgadas con tiempo de depósito de 3 y 5 días a temperaturas bajas por medio de la técnica de baño químico y con tratamientos térmicos de 400°C y 500°C con tiempos de 1, 3 y 5 horas de recocido, analizando el espesor, morfología, estructura y sus propiedades ópticas. El análisis teórico de la capa transportadora de electrones (ETL por sus siglas en inglés) se llevó a cabo utilizando el simulador de celdas solares SCAPS 1-D. Al ingresar los valores experimentales del ZnO, se obtuvo una eficiencia de conversión de energía (η) del 5.89%. No obstante, se identificaron parámetros clave que influyeron en la mejora de la conversión de energía de la celda, como la densidad de cargas aceptoras, el espesor y la afinidad electrónica. Esto resultó en un aumento del voltaje de circuito abierto (Voc), la densidad de corriente (Jsc) y el factor de forma (FF), logrando una diferencia del 3.82% de conversión de energía (η) con respecto al valor inicial establecido. In this study, zinc oxide (ZnO) was used as an electron transport layer (ETL) due to its outstanding semiconductor properties and its simple synthesis process compared to other semiconductors. Thin films were obtained with deposition times of 3 and 5 days at low temperatures using the chemical bath technique and with thermal treatments of 400°C and 500°C with annealing times of 1, 3, and 5 hours, analyzing thickness, morphology, structure, and optical properties. The theoretical analysis of the electron transport layer (ETL) was carried out using the SCAPS 1-D solar cell simulator. By inputting experimental values of ZnO, an energy conversion efficiency (η) of 5.89% was obtained. However, key parameters influencing the cell's energy conversion improvement were identified, such as acceptor charge density, thickness, and electron affinity. This resulted in an increase in open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), and fill factor (FF), achieving an energy conversion efficiency (η) of 3.82% compared to the initial established value.