Abstract With a high power-conversion efficiency (PCE) of over 23%, perovskite solar cell (PSC) technology holds a viable trajectory for commercialization. Despite its attractive features, the use of lead and degradable components in the device need to be addressed. To this end, we have carried out simulation studies to explore a non-toxic and inorganic device utilizing Cs2TiBr6 as the active layer and Cu2O as the hole transport layer (HTL). We have investigated a few of the most critical areas of device physics to glean insights into possible ways of improving the performance of such a viable technology. A PCE of 14.68% (open-circuit voltage Voc of 1.10 V, short-circuit current Jsc of 25.82 mA/cm2, and fill factor FF of 51.74%) was obtained at an optimal perovskite layer thickness of 800 nm. Our investigation further reveals that with increasing perovskite thickness, as J0 (saturation current) decreases, Voc increases. By varying the radiative recombination rate, we quantitatively demonstrate an inverse relationship with PCE, and report out a PCE of 20.49% at a 100X lower than usual recombination rate. A PCE of 14.68% was obtained with an optimal work function of 5.1 eV for the metal back contact. A conduction band offset of −0.1 eV between the TiO2 electron transport layer (ETL) and the active layer and a valence band offset of −0.4 eV between the active layer and the HTL produce optimal PCE values of 14.68% and 18.97% respectively. Lastly, we demonstrate that Cs2TiBr6 is more sensitive to defect density than the device HTL and ETL by a factor of 10.

中文翻译：

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探索无机 Cs2TiBr6 卤化物双钙钛矿的太阳能电池性能：数值研究

摘要 钙钛矿太阳能电池 (PSC) 技术具有超过 23% 的高功率转换效率 (PCE)，具有商业化的可行轨迹。尽管具有吸引人的特点，但需要解决在设备中使用铅和可降解组件的问题。为此，我们进行了模拟研究，以探索利用 Cs2TiBr6 作为活性层和 Cu2O 作为空穴传输层 (HTL) 的无毒无机器件。我们调查了一些最关键的器件物理领域，以深入了解提高这种可行技术性能的可能方法。在 800 nm 的最佳钙钛矿层厚度下获得了 14.68% 的 PCE（开路电压 Voc 为 1.10 V，短路电流 Jsc 为 25.82 mA/cm2，填充因子 FF 为 51.74%）。我们的研究进一步表明，随着钙钛矿厚度的增加，随着 J0（饱和电流）的降低，Voc 增加。通过改变辐射复合率，我们定量地证明了与 PCE 的反比关系，并报告了 20.49% 的 PCE，比通常的复合率低 100 倍。获得了 14.68% 的 PCE，金属背接触的最佳功函数为 5.1 eV。TiO2 电子传输层 (ETL) 和有源层之间的导带偏移为 -0.1 eV，有源层和 HTL 之间的价带偏移为 -0.4 eV，分别产生 14.68% 和 18.97% 的最佳 PCE 值。最后，我们证明 Cs2TiBr6 对缺陷密度的敏感性比器件 HTL 和 ETL 高 10 倍。通过改变辐射复合率，我们定量地证明了与 PCE 的反比关系，并报告了 20.49% 的 PCE，比通常的复合率低 100 倍。获得了 14.68% 的 PCE，金属背接触的最佳功函数为 5.1 eV。TiO2 电子传输层 (ETL) 和有源层之间的导带偏移为 -0.1 eV，有源层和 HTL 之间的价带偏移为 -0.4 eV，分别产生 14.68% 和 18.97% 的最佳 PCE 值。最后，我们证明 Cs2TiBr6 对缺陷密度的敏感性比器件 HTL 和 ETL 高 10 倍。通过改变辐射复合率，我们定量地证明了与 PCE 的反比关系，并报告了 20.49% 的 PCE，比通常的复合率低 100 倍。获得了 14.68% 的 PCE，金属背接触的最佳功函数为 5.1 eV。TiO2 电子传输层 (ETL) 和有源层之间的导带偏移为 -0.1 eV，有源层和 HTL 之间的价带偏移为 -0.4 eV，分别产生 14.68% 和 18.97% 的最佳 PCE 值。最后，我们证明 Cs2TiBr6 对缺陷密度的敏感性比器件 HTL 和 ETL 高 10 倍。金属背接触的最佳功函数为 5.1 eV，获得了 68%。TiO2 电子传输层 (ETL) 和有源层之间的导带偏移为 -0.1 eV，有源层和 HTL 之间的价带偏移为 -0.4 eV，分别产生 14.68% 和 18.97% 的最佳 PCE 值。最后，我们证明 Cs2TiBr6 对缺陷密度的敏感性比器件 HTL 和 ETL 高 10 倍。金属背接触的最佳功函数为 5.1 eV，获得了 68%。TiO2 电子传输层 (ETL) 和有源层之间的导带偏移为 -0.1 eV，有源层和 HTL 之间的价带偏移为 -0.4 eV，分别产生 14.68% 和 18.97% 的最佳 PCE 值。最后，我们证明 Cs2TiBr6 对缺陷密度的敏感性比器件 HTL 和 ETL 高 10 倍。