Información sobre las propiedades fotovoltaicas del sulfuro de indio como material de transporte de electrones en células solares de perovskita

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9076 (2023) Citar este artículo

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Según informes recientes, las células solares de perovskita organometálicas basadas en estructuras planas (OPSC) han logrado una notable eficiencia de conversión de energía (PCE), lo que las hace muy competitivas con las fotovoltaicas de silicio más tradicionales. Todavía se necesita una comprensión completa de los OPSC y sus partes individuales para mejorar aún más la PCE. En este trabajo, se propusieron OPSC de heterounión planar basados en sulfuro de indio (In2S3) y se simularon con el programa SCAPS (un simulador de capacitancia de células solares) -1D. Inicialmente, el rendimiento de OPSC se calibró con la arquitectura fabricada experimentalmente (FTO/In2S3/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au) para evaluar los parámetros óptimos de cada capa. Los cálculos numéricos mostraron una dependencia significativa de PCE en el grosor y la densidad de defectos del material absorbente MAPbI3. Los resultados mostraron que a medida que aumentaba el espesor de la capa de perovskita, el PCE mejoraba gradualmente, pero posteriormente alcanzaba un máximo en espesores superiores a 500 nm. Además, se reconoció que los parámetros relacionados con la resistencia en serie y la resistencia en derivación afectan el rendimiento del OPSC. Lo que es más importante, se obtuvo un PCE campeón de más del 20 % en las condiciones de simulación optimistas. En general, el OPSC se desempeñó mejor entre 20 y 30 °C, y su eficiencia disminuye rápidamente por encima de esa temperatura.

The scientific community has shown a great deal of interest in researching perovskite solar cells (OPSCs), which are mainly comprised of organic–inorganic metal halide compounds and are used to produce high-efficiency and inexpensive photovoltaic (PV) technologies1,2,3. These semiconductors have a number of important characteristics, including high charge carrier mobility, long carrier diffusion length, adjustable bandgaps, and a high absorption coefficient4,5,6,7. Due to such exceptional properties, photoconversion efficiency (PCE) values spiked substantially, from 3.8% in 2009 to over 25% in 20218, 25% conversion efficiency. Joule 5, 1033–1035 (2021)." href="#ref-CR9" id="ref-link-section-d8458561e671_1"> 9,10,11. En orden, un OPSC tiene un electrodo frontal, un material de transporte de electrones (ETM), una capa de recolección de luz, un material de transporte de huecos (HTM) y un electrodo posterior. El material cosechador de un OPSC genera portadores de carga cuando se expone a la luz solar12,13,14,15. Estos fotoportadores son entregados a los electrodos apropiados por ETM y HTM. La relevancia de los materiales de transporte de carga es crucial para todo el rendimiento fotovoltaico de los OPSC, además del papel de la capa de perovskita. Por ejemplo, el dióxido de titanio (TiO2), un ETM común, no es adecuado para fabricar dispositivos grandes, ya que exige una temperatura de funcionamiento de más de 400 °C. El uso de TiO2 en OPSC de alta eficiencia está aún más limitado por la escasa movilidad de electrones (µe) del material y la inestabilidad UV16,17,18. Esto destaca la necesidad de buscar una capa ETM candidata con propiedades apropiadas, como alta µe, buena conductividad eléctrica (σ) y fabricación a baja temperatura.

Los PSC planos basados en ETM compactos tienen un diseño simplificado y son más fáciles de fabricar. TiO2 y ZnO se han utilizado ampliamente como ETM para OPSC de nip plano19,20,21,22,23. Sin embargo, los OPSC planos basados en TiO2 y ZnO compactados a menudo exhiben una baja estabilidad debido a la movilidad limitada del portador de los materiales, la alineación del nivel de energía compensada con las perovskitas y las trampas de defectos en la superficie24,25,26,27,28. Como resultado, es importante proporcionar componentes ETM de última generación para los OPSC. El sulfuro de indio (In2S3) es un semiconductor de tipo n con excelente movilidad del portador, ausencia de toxicidad, banda prohibida adecuada, propiedades eléctricas ajustables y buena durabilidad térmica29,30, todo lo cual es ideal para su uso como ETM en células solares31,32. Al ajustar el período de deposición del baño químico a 2 h, Hou et al. pudieron construir una matriz de nanoflakes de In2S3 como ETM para CH3NH3PbI3 OPSC, logrando un rendimiento del 18,22 %. Sin embargo, la estabilidad a largo plazo de In2S3-OPSC no se examinó en este trabajo30. Un año después, Xu et al. prepararon láminas de In2S3 como ETM para dispositivos CH3NH3PbI3 utilizando un enfoque térmico de solvente durante 2 h y lograron una eficiencia del 18,83 %33. Posteriormente, Yang et al. hizo más esfuerzos para utilizar películas de In2S3 y desarrolló una técnica de deposición asistida por pulverización como ETM para CsPbIBr2 OPSC semitransparentes. Los dispositivos optimizados obtuvieron un rendimiento del 5,59 % con una estabilidad ambiental mejorada34. Mientras tanto, por lo que podemos decir, no se han informado estudios teóricos relevantes para la adopción de In2S3 como ETM en células solares de perovskita.

En este trabajo, se ha simulado y optimizado la primera arquitectura planar nip convencional de OPSC que utiliza In2S3 como material de transporte de electrones. Para verificar nuestros datos, recreamos los hallazgos de un OPSC de catión único sólido y estable al 18,83 % publicado experimentalmente (FTO/In2S3/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au)33. Para mejorar la eficiencia del control OPSC, se investigó más a fondo la variación del espesor de la perovskita (tp). Junto con la variación del espesor, se estudiaron los efectos de la densidad de defectos (NT), la resistencia en serie (Rs), la resistencia de derivación (Rsh) y la temperatura de funcionamiento en el rendimiento de OPSC. Nuestra investigación puede ofrecer algunos consejos clave para el diseño y la optimización de OPSC basados en principios teóricos.

El modelado numérico de los dispositivos nos permite comprender la dinámica de las células solares sin necesidad de una fabricación real. También proporciona un resumen de alto nivel de la funcionalidad del dispositivo. El SCAPS unidimensional (versión 3.3.07) se utilizó en este estudio de simulación. En el año 2000, investigadores de la Universidad de Gent en Bélgica crearon este programa de código abierto, que se puede descargar en cualquier momento35. El software SCAPS ayuda en el modelado de estructuras fotovoltaicas planas y graduadas de hasta siete componentes, con la funcionalidad adicional de calcular el gráfico de alineación de bandas, el comportamiento de corriente-voltaje (J-V), la eficiencia cuántica (QE), las corrientes de recombinación y generación, y otras características fotovoltaicas esenciales. SCAPS-1D se basa principalmente en la fórmula de Poisson bien establecida y las leyes de continuidad para electrones y huecos para realizar sus cálculos36,37,38,39. SCAPS es un software muy poderoso para realizar celdas solares y una descripción del programa y los algoritmos que utiliza se encuentran en la literatura40,41 y en su manual de usuario42.

donde q es la carga, V es el potencial, p(x) es la concentración de huecos libres, n(x) es la concentración de electrones libres, ε es la permitividad dieléctrica, \({N}_{D}^{+} \left(x\right)\) es la densidad del donante, \({N}_{A}^{-}\left(x\right)\) es la densidad del aceptor, pt(x) es la concentración de la trampa de agujeros , nt(x) es la concentración de trampa de un electrón, Jn es la densidad de corriente de un electrón, Jp es la densidad de corriente de un hueco, Gn es la tasa de generación de electrones, Gp es la tasa de generación de huecos, Rn es la tasa de recombinación de electrones, Rp es la tasa de recombinación de huecos.

Aquí, simulamos una arquitectura fotovoltaica nip típica con perovskita CH3NH3PbI3 como película fotoactiva, In2S3 compacto como ETM y película orgánica Spiro-OMeTAD como HTM, con SnO2 (FTO) que contiene flúor y oro (Au) como frente y frente. electrodos posteriores, respectivamente. En la Fig. 1a, tenemos un diagrama gráfico del ensamblaje del dispositivo FTO/In2S3/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au. Las tablas 1 y 2 resumen los parámetros fundamentales del dispositivo de varios materiales utilizados en este análisis que se adquirieron de la literatura teórica y experimental. Las funciones de trabajo para los electrodos delantero y trasero fueron 4,4 eV y 5,2 eV, respectivamente. El software SCAPS calculó el espectro de absorción de cada capa en función de los méritos ópticos de los materiales y la geometría del dispositivo.

( a ) Estructura de la celda solar utilizada en la simulación. (b) Diagrama de alineación de bandas del OPSC propuesto. ( c ) Una comparación de representación entre los parámetros experimentales y modelados de nuestro control OPSC33.

Los defectos se utilizaron 0,6 eV por encima de la banda de valencia con una energía particular de 0,1 eV, teniendo en cuenta la distribución de energía gaussiana y la sección transversal de captura de los portadores de 10 a 15 cm2. El coeficiente de recombinación radiativa de la perovskita fue de 2,3 × 10–9 cm3/s, que se tuvo en cuenta. El análisis de modelado agregó imperfecciones en las interfaces HTM/perovskita y perovskita/ETM de aproximadamente 1010 cm−2. Para los cálculos se utilizó el espectro AM 1.5 G convencional y una temperatura de 300 K.

La figura 1b muestra el diagrama de estructura de banda para el diseño OPSC de nip sugerido. En la interfaz de la banda de conducción de In2S3 y CH3NH3PbI3 existe una barrera potencial de 0,12 eV, que es una barrera beneficiosa para el mejor transporte de electrones de la perovskita a ETM, mientras que en la unión de la banda de valencia de perovskita y HTM, los huecos tienen que lidiar con una gran barrera de 0,13 eV. La gráfica J–V de la arquitectura de celda sugerida se analizó después de que se determinaron los parámetros de capa y las condiciones operativas apropiadas (como se describe en esta sección). La figura 1c muestra el gráfico J-V calculado y sus parámetros de salida iniciales. Logramos una eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 19,71 %, que está cerca del 18,83 % del PCE que se ha publicado experimentalmente33. Un ligero desajuste entre los resultados experimentales y calculados es que en la presente investigación, las capas FTO y Au se utilizaron como electrodos delantero y trasero, donde el grosor de los contactos delantero y trasero no se puede cambiar. En la investigación experimental, sin embargo, se emplearon como capas con espesores apropiados.

Este artículo no contiene ningún estudio con participantes humanos o animales realizados por los autores. Cumplimos con las normas éticas. Damos nuestro consentimiento para participar.

El aumento de la eficiencia del dispositivo depende en gran medida del grosor de la capa absorbente. Sin embargo, el uso de una capa fotoactiva muy gruesa conduce a una baja tasa de extracción de portadores de carga y pérdidas considerables debido a la recombinación de carga; encontrar el equilibrio correcto entre estas dos variaciones es crucial. Por lo tanto, optimizar el espesor de absorción de luz se vuelve esencial para determinar la producción de fotoportadores y la respuesta del espectro en fotovoltaica47. Los gráficos J-V obtenidos se muestran en la Fig. 2a, con variaciones de espesor de perovskita que van desde 0,3 a 1,1 µm, mientras que la Fig. 2b-e muestra las variaciones en los parámetros JSC, VOC, FF y PCE. De acuerdo con la Fig. 2, un incremento en el espesor de la perovskita provoca un aumento en el JSC y una reducción en el VOC. La tendencia al aumento de los valores de JSC es el resultado de una mayor producción de fotoportadores. La película delgada de perovskita da como resultado tasas de absorción de fotones de longitud de onda larga más bajas, lo que da como resultado una menor formación de fotoportadores y peores valores de JSC48. Además, la pobre recombinación debida a la delgada perovskita crea un VOC alto. Aumentar el grosor de la perovskita absorbente también aumenta la capacidad de la capa para absorber luz con longitudes de onda más largas. Como resultado, se producen más portadores de carga, lo que conduce a un aumento del valor del JSC49. Sin embargo, con una absorbancia más alta, la tasa de recombinación de los fotoportadores también aumenta, ya que los fotoportadores tienen que cubrir una distancia mayor antes de acercarse a los electrodos correspondientes. El aumento del espesor de la perovskita eleva la Rs, lo que provoca una disminución de la FF. La mejora en la eficiencia es atribuible al aumento constante de JSC. Nuestros cálculos sugieren que el valor ideal para el espesor de la perovskita debe ser de 0,7 µm para obtener el mayor rendimiento de OPSC de catión único basado en MAPbI3. Por lo tanto, optimizar el grosor de la capa de perovskita es crucial para lograr la mayor eficiencia en una celda solar de perovskita. Al equilibrar cuidadosamente la absorción de luz y la extracción de portadores de carga, se puede encontrar un espesor óptimo que maximiza la fotocorriente y minimiza la recombinación, lo que conduce al mejor rendimiento del dispositivo.

( a ) Características J-V de los OPSC con diferentes espesores de MAPbI3. Variaciones de los parámetros de rendimiento de OPSC con varios espesores de perovskita: (b) VOC, (c) JSC, (d) FF y (e) PCE. (f) QE de dispositivos con varios espesores MAPbI3.

La Figura 2f ilustra el QE externo (EQE) de dispositivos con diferentes espesores de película MAPbI3. El EQE del dispositivo mejoró claramente cuando el espesor del colector de luz MAPbI3 fue inferior a 0,7 µm, lo que indica que la mejora en la absorción fue alta. No obstante, el EQE del dispositivo aumentó menos cuando el grosor de MAPbI3 fue superior a 0,7 µm, lo que indica que el aumento de la absorción fue menos significativo. A medida que aumentaba el grosor de la película MAPbI3, podía absorber mejor la luz de longitudes de onda más largas50. El perfil de la tasa de generación de portadores también se obtiene y se informa en la Fig. 3 para validar la mayor penetración de la tasa de generación en la capa absorbente en espesores más altos.

Tasa de generación dentro del dispositivo con diferentes espesores de la capa absorbente.

El número de defectos en el MAPbI3 fotoactivo tiene un impacto significativo en la calidad de salida de las células solares de perovskita. El COV del dispositivo puede optimizarse controlando la tasa de recombinación de generación de los fotoportadores dentro de la perovskita. La recombinación Shockley-Read-Hall (SRH) puede proporcionar una explicación más adecuada de la correlación entre el rendimiento de NT y OPSC37,49. La densidad del defecto de perovskita en este análisis oscila entre 2,45 × 1014 y 2,45 × 1016 cm−3, y se investiga su impacto en el rendimiento de nuestro trabajo computarizado. La figura 4a muestra gráficos J–V que se trazaron con valores de NT variables. Los resultados muestran que se encuentra una disminución menor en JSC—de 24,241 a 23,582 mA/cm2 y una reducción importante en VOC—de 1,188 a 0,991 V—cuando se aumenta el NT de 2,45 × 1014 a 2,45 × 1016 cm−3 (Tabla 3 ). Dado que FF depende de VOC, hay una disminución significativa en los valores de FF (de 79,163 a 66,498%). La eficiencia se redujo drásticamente de 22,79 a 15,55 % debido a estas disminuciones en los valores de JSC, VOC y FF. Esto sugiere que un aumento en los valores de NT conduce a una mayor cantidad de imperfecciones, lo que a su vez aumenta el proceso de recombinación, como se muestra en la Fig. 5. De acuerdo con el valor establecido experimentalmente, elegimos que el NT para la perovskita aquí sea 2.45 × 1015 cm−3, lo que representa longitudes de difusión del portador (Lp) de fotoportadores de alrededor de 0,65 µm33.

Gráficos J-V de los OPSC obtenidos con (a) densidad total de defectos y (b) concentración variable del aceptor superficial en CH3NH3PbI3.

Perfil de tasa de recombinación a diferentes densidades de defectos en la capa absorbente.

La eficiencia de OPSC se ve significativamente afectada por la cantidad de dopaje utilizado. El dopaje se puede clasificar como tipo n o tipo p, según los dopantes utilizados. Por lo tanto, mejorar la eficiencia de OPSC se basa en establecer el valor apropiado de NA. Los niveles de concentración de dopaje se pueden ajustar experimentalmente de muchas maneras diferentes51. Las concentraciones de dopaje y los valores de densidad de defectos, por ejemplo, pueden modificarse experimentalmente agregando diferentes dopantes o ajustando sus concentraciones en el material de perovskita. También se puede lograr cambiar experimentalmente las proporciones de dopaje y minimizar los defectos ajustando las cantidades relativas de cesio (Cs), yoduro de metilamonio (MAI), yoduro de formamidinio (FAI) y yoduro de plomo (PbI2)52.

Además, la AN de la perovskita se ajustó de 1016 a 1020 cm−3, y los resultados se muestran en la Fig. 4b para ayudar a comprender el impacto del dopaje en el rendimiento del OPSC. Según nuestros hallazgos, las características J-V no cambian a niveles bajos de NA. Sin embargo, el campo eléctrico incorporado inherente (Vbi) aumenta cuando NA supera los 1018 cm−3. El rendimiento de la celda se ve mejorado por un aumento en Vbi porque conduce a una mejor separación de los fotoportadores. Se demostró que JSC disminuía con el aumento de los niveles de NA (Tabla 4). La recombinación Auger podría explicar una disminución en el valor de JSC con el aumento de NA. La recombinación Auger aumenta con el aumento de las tasas de dopaje, lo que reduce la eficiencia del dispositivo53,54. Aquí, se mostró una mayor disminución en JSC si el NA se elevó por encima de 1019 cm−3. Como resultado, decidimos establecer el valor más alto de NA en la simulación actual en 1019 cm−3.

La resistencia en serie (Rs) tiene un efecto importante en el funcionamiento del OPSC, particularmente en la FF y la corriente de cortocircuito (ISC). Cuando la resistencia de un circuito en serie aumenta, FF cae. Por lo tanto, para niveles más altos de Rs, el ISC también comienza a disminuir. Por lo tanto, la eficiencia de un dispositivo sufre cuando Rs es bastante alto55. Esto llevó a los investigadores a examinar cómo cambiaban el PCE y el FF del material fotoactivo de perovskita con variaciones en Rs. Evaluamos el rendimiento de OPSC mientras cambiamos Rs de 0 a 12 Ω cm2 para examinar el impacto de Rs en el rendimiento de OPSC. Los perfiles J-V para varias resistencias se representan en la Fig. 6a. Nuestra investigación muestra que la fotovoltaica tiene un rendimiento superior y un FF más alto a Rs más bajos (Fig. 6b-e). La eficiencia de los dispositivos se deteriora rápidamente a medida que aumenta Rs. Estos hallazgos son consistentes con los reportados en otros estudios36,56.

(a) Características J-V de los OPSC con diferentes resistencias en serie. Variaciones de los parámetros de rendimiento de OPSC con varias resistencias en serie: (b) VOC, (c) JSC, (d) FF y (e) PCE. (f) Características J–V de los OPSC con diferentes resistencias en derivación con resistencia en serie constante de 3 Ω cm2. Variaciones de los parámetros de rendimiento de OPSC con varias resistencias de derivación: (g) VOC, (h) JSC, (i) FF y (j) PCE.

La resistencia de derivación (Rsh) es causada por varias vías para la recombinación de carga en el OPSC57. Simulamos el funcionamiento del dispositivo, cambiando el Rsh de 0 a 1000 Ω cm2, para examinar el impacto del Rsh en el rendimiento del OPSC. Cambiar Rsh afecta varias características diferentes del dispositivo, como se ve en la Fig. 6f, j. Se encuentra que el rendimiento de OPSC mejora a medida que aumenta Rsh. PCE = 19,15% y FF = 73,13% a 800 Ω cm2, y a 1000 Ω cm2 obtenemos PCE = 19,35% y FF = 73,8%, respectivamente. Por lo tanto, determinamos que un Rsh de 800 Ω cm2 es óptimo.

La Figura 7a ilustra cómo la alteración de la temperatura ambiente de 17 a 57 °C tiene un impacto en las gráficas J–V del dispositivo OPSC. Resulta que tanto los VOC como los FF sufren cuando sube la temperatura. Sin embargo, no hay cambios notables en JSC. La eficiencia cae gradualmente porque tanto los VOC como los FF se ven afectados por el aumento de las temperaturas. Esta investigación demuestra que OPSC en un ambiente ambiente da una mejor eficiencia, que es superior al 25%; sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, esta eficiencia disminuye gradualmente, como se muestra en la Fig. 7b. Un aumento de la temperatura aumenta las corrientes de recombinación y saturación inversa, lo que reduce aún más el VOC y el rendimiento del dispositivo. Además, cuando el dispositivo funciona a una temperatura más alta, la brecha de banda se vuelve más pequeña, lo que puede conducir a una mayor recombinación de excitones y una menor eficiencia58. Esta observación puede ser extremadamente importante al elegir OPSC en áreas tropicales.

(a) Efecto de la temperatura operativa con respecto a (a) curvas J-V y (b) parámetros PV (JSC, VOC, FF y PCE).

Por último, se comparó el rendimiento del OPSC optimizado con el de un OPSC hecho de óxido de indio galio zinc (IGZO) como capa de ETM (ver Fig. 8a). Recientemente, IGZO se ha utilizado como ETM; ofrece una gran promesa debido a su alta µe, estabilidad ambiental, bajas temperaturas de procesamiento y afinidad electrónica comparable a la perovskita37,44,59. Como podemos ver en la tabla insertada de la Fig. 8, el dispositivo basado en In2S3 mostró parámetros fotovoltaicos comparables al dispositivo basado en IGZO. Se espera que los resultados de este estudio faciliten la fabricación de células solares de perovskita de alta eficiencia en un futuro próximo. El diseño del nivel de energía se construye incorporando un ETM, una capa absorbente de MAPbI3 y Spiro-OMeTAD como HTM. Este arreglo afecta el desplazamiento de la banda de valencia/conducción, que se refiere a la variación en la banda de valencia entre el HTM y la perovskita, así como la banda de conducción entre el ETM y la perovskita. La compensación del nivel de energía en las interfaces ETM/MAPbI3 y MAPbI3/HTM afecta en gran medida el rendimiento de la celda solar36. La figura 8b, c muestra que los niveles cuasi-Fermi Fn y Fp coexisten con EC y EV en los OPSC basados en capas In2S3 e IGZO. Como se muestra, las estructuras basadas en In2S3 e IGZO mostraron un pequeño desplazamiento de banda de conducción (CBO) de 0,121 eV y 0,294 eV en la interfaz ETM/MAPbI3, lo que indica que In2S3 ETM proporciona una mejor interfaz para el transporte de electrones. Sin embargo, la película IGZO mostró un mayor desplazamiento de la banda de valencia en la interfaz ETM/MAPbI3, lo que es importante para bloquear el reflujo de los agujeros y suprimir la tasa de recombinación en el OPSC.

( a ) Curvas J-V de celdas solares de perovskita con diferentes ETM, incluidas películas In2S3 e IGZO. Comportamiento de desplazamiento de banda del OPSC propuesto basado en (b) In2S3 y (c) IGZO. El diagrama se calculó utilizando espesores optimizados de ETM (200 nm) y capa MAPbI3 (700 nm). ( d ) EQE de OPSC con varios ETM a un espesor de 200 nm.

Finalmente, estimamos los espectros EQE de los OPSC basados en In2S3 e IGZO ETM, como se muestra en la Fig. 8d. El EQE puede variar según las características específicas de los semiconductores y el diseño de la celda. Se ha demostrado que el OPSC basado en IGZO ETM demuestra un espectro QE relativamente más alto en todo el espectro visible que el OPSC basado en In2S3 ETM. Esto se debe a que IGZO tiene una banda prohibida amplia, lo que le permite absorber una cantidad mínima de luz visible mientras extrae electrones de la película MAPbI3 de manera efectiva. En general, se puede concluir que la utilización de In2S3 e IGZO ETM puede mejorar efectivamente el EQE de OPSC. Sin embargo, la selección de un ETM adecuado depende de las necesidades específicas del dispositivo y del rango de longitud de onda preferido para un rendimiento óptimo.

Hemos proporcionado información sobre la relación entre el rendimiento del dispositivo y la densidad de los defectos, lo que podría ser útil para optimizar el proceso de fabricación y mejorar el rendimiento del dispositivo. Un posible enfoque para abordar este problema es optimizar las condiciones de crecimiento durante el proceso de fabricación para minimizar la densidad de defectos. Por ejemplo, al controlar cuidadosamente la temperatura, la presión y algunos otros parámetros importantes del método de recubrimiento por rotación durante el proceso de crecimiento, es posible reducir la cantidad de defectos en el dispositivo. La pasivación de la interfaz y la ingeniería de aniones/cationes también se pueden realizar para reducir la densidad del defecto. Además, las técnicas de procesamiento posteriores al crecimiento, como el recocido, también podrían reducir la densidad de defectos en el material. En resumen, estamos de acuerdo en que la viabilidad de ajustar la propiedad del dispositivo a nivel industrial o de fabricación es una consideración importante.

Por primera vez, el modelo SCAPS-1D ha explorado el potencial de In2S3 como una película ETM alternativa en OPSC en un esfuerzo por aumentar la estabilidad fotovoltaica, aumentar la eficiencia y reducir el comportamiento de histéresis. Los problemas con imperfecciones y altas temperaturas son fundamentales para el análisis de simulación. Teóricamente, el In2S3 puede sustituir al TiO2 como ETL en OPSC, y los resultados mostraron que los estados de defectos tienen un impacto significativo en la eficiencia de OPSC con densidades de defectos superiores a 2,45 × 1015 cm−3. Finalmente, OPSC funciona mejor entre 20 y 30 °C. El diseño optimizado con una eficiencia del 20,15 % (VOC = 1,089 V, JSC = 24,18 mA/cm2 y FF = 76,45 %) arroja luz sobre la posibilidad de que In2S3 sea un ETL adecuado. Este estudio allana el camino hacia la implementación práctica del sulfuro de indio como ETL potencial para las células solares de perovskita MAPbI3.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Los autores extienden su agradecimiento a la Universidad de Warith Al-Anbiya (Iraq) por el apoyo técnico.

Estos autores contribuyeron por igual: Mustafa KA Mohammed, Ali K. Al-Mousoi y Rahul Pandey.

Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Cornell, Ithaca, NY, 14850, EE. UU.

Davoud Dastan

Universidad de Warith Al-Anbiya, 56001, Karbala, Irak

Mustafa KA Mohamed

Departamento de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería, Universidad Al-Iraqia, Bagdad, 10011, Irak

Ali K. Al-Mousoi

Laboratorio solar, Universidad GLA, Mathura, 281406, India

Anjan Kumar

Escuela Técnica de Ingeniería, Universidad Al-Bayan, Bagdad, 10011, Irak

Sinan Q Salih

Facultad de Ciencia de Datos y Tecnología de la Información, Universidad Internacional INTI, BBN Initial Broadcast, 71800, Nilai, Negeri Sembilan, Malasia

PS JosephSeñor

Departamento de Ciencias Aplicadas, Universidad de Tecnología de Irak, Bagdad, 10011, Irak

Duha S. Ahmed

Centro de Excelencia VLSI, Instituto de Ingeniería y Tecnología de la Universidad de Chitkara, Universidad de Chitkara, Rajpura, Punjab, 140417, India

raul pandey

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad King Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, 31261, Arabia Saudita

Zaher Mundher Yaseen

Centro de Investigación Interdisciplinario para Membranas y Seguridad del Agua, Universidad King Fahd de Petróleo y Minerales, Dhahran, 31261, Arabia Saudita

Zaher Mundher Yaseen

Instituto de Electrónica. Establecimiento de Investigación de Energía Atómica, Comisión de Energía Atómica de Bangladesh, Dhaka, 1349, Bangladesh

M. Khalid Hossain

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Conceptualización, metodología, software, validación, AKA, AK, SQS, MKAM; análisis formal, investigación, recursos, curación de datos, redacción: preparación del borrador original, MKH, ZMY, DSA; supervisión, administración del proyecto, DD, RP, PSJ Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito. Todos los autores están dando su consentimiento para publicar.

Correspondencia a Mustafa KA Mohammed o PS JosephNg.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Dastan, D., Mohammed, MKA, Al-Mousoi, AK et al. Información sobre las propiedades fotovoltaicas del sulfuro de indio como material de transporte de electrones en las células solares de perovskita. Informe científico 13, 9076 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36427-3

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Recibido: 01 febrero 2023

Aceptado: 03 junio 2023

Publicado: 05 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36427-3

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