ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層（ETL）としてのドープされていないドープチタニア（TIO 2）の性能分析

コンテキスト：密度汎関数理論（DFT）計算は、純粋でドープされたルチルTIO 2で実行されます。手付かず、Sドープ、Feドープ、およびFe/Sの共ドープ材料のバンドギャップ（E G）は直接的で、2.98 eV、2.18 eV、1.58 eV、および1.40 eVの値があります。有効な電荷キャリア（m*）と有効な穴の有効質量の電子質量（R）の比率も調査されており、Fe/Sの共同ドープ材料の荷電担体再結合率が最も低いことが発見されています。Fe/sの共ドープ材料は、最高のε（ω）を持っています。ドープされた材料のα（ω）が可視範囲にシフトしました。FeおよびFe/Sドープの場合にドーパント濃度が高いため、E Gは比較的小さな値に下げられます。したがって、自然のままのSドープ材料のみが電子輸送層（ETL）として検証されます。ETLとして純粋およびSドープされたルチルTIO 2を使用する太陽電池デバイス分析は、SCAPS-1DモデリングソフトウェアのDFT由来パラメーターを初めて使用して完成しました。最適化された太陽電池の場合、電流電圧（IV）特性、量子効率（QE）、静電容量 - 電圧（CV）特性、および容量周波数（CF）特性が提供されます。本研究の目的は、ドーピングによるペロブスカイト太陽電池の効率を改善し、DFT抽出パラメーターを入力として適用することにより、シミュレーションの精度を改善することです。分析から、ドープされていないTIO 2と比較して、ドープされたTiO 2の効率が改善されています。SドープETLを使用したPSCの効率は、ドープされていないETLを使用したPSCよりも1.418％高くなっています。 方法：QuantumWise Automistic Tool Kit（ATK）を使用して、DFTパラメーターを抽出します。これらのDFTパラメーターは、SCAPS-1D（太陽電池容量シミュレーター）の入力として、ドープされたおよび非ドープ材料の太陽電池をシミュレートします。原子軌道（OLCAO）技術の密度官能理論（DFT）ベースの直交線形線形結合が使用されます。構造最適化は、LBFG（限定メモリーBroyden-Fletcher-GoldFarb-Shanno）を使用して行われます。PBESOL-GGA（Perdew-Burke-ernzerhof Solid-Generalized Gradient近似）は、構造パラメーターを計算するための交換相関として適用されますが、MGGA-TB09（メタジェネラル化勾配近似tranおよびBLAHA）は、光学および電子の計算のための交換相関として適用されます。プロパティ。

CONTEXT: Density functional theory (DFT) calculations are carried out on pure and doped rutile TiO 2 . The bandgap (E g ) for pristine, S-doped, Fe-doped, and Fe/S co-doped materials is direct, with values of 2.98 eV, 2.18 eV, 1.58 eV, and 1.40 eV. The effective mass of charge carriers (m*) and ratio of effective masses of holes to effective masses of electrons (R) are also investigated, and it is discovered that Fe/S co-doped materials have the lowest charge carrier recombination rate. The Fe/S co-doped material has the highest ε ( ω ) . α ( ω ) of doped materials shifted into the visible range. Due to the high dopant concentration in Fe and Fe/S-doped cases, the E g is lowered to a relatively small value; hence, only pristine and S-doped materials are verified as electron transport layer (ETL). A solar cell device analysis employing pure and S-doped rutile TiO 2 as ETL is completed using DFT-derived parameters in SCAPS-1D modeling software for the first time. For the optimized solar cells, current-voltage (IV) characteristics, quantum efficiency (QE), capacitance-voltage (CV) characteristics, and capacitance-frequency (Cf) characteristics are provided. The aim of the present study is to improve efficiency of perovskite solar cell by doping as well as to improve accuracy of simulation by applying DFT extracted parameters as input. From the analysis, improvement is found in efficiency of doped TiO 2 compared to un-doped TiO 2 . The efficiency of the PSC with S-doped ETL is 1.418% higher than the PSC with un-doped ETL. METHOD: Quantumwise Automistic Tool Kit (ATK) is used to extract DFT parameters. Using these DFT parameters as input in SCAPS-1D (Solar Cell Capacitance Simulator), solar cells for doped and un-doped material are simulated. The density functional theory (DFT)-based orthogonalized linear combination of atomic orbital (OLCAO) technique is used. Structural optimization is done using the LBFGS (Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno). PBESol-GGA (Perdew-Burke-Ernzerhof solid-generalized gradient approximation) is applied as exchange correlation for calculating structural parameters, while MGGA-TB09 (meta-generalized gradient approximation-Tran and Blaha) is applied as exchange correlation for calculating optical and electronic properties.