Computational Study of Inverted All-Inorganic Perovskite Solar Cells Based on CsPbIxBr3-X Absorber Layer with Band Gap of 1.78 eV

All-inorganic perovskite solar cells (PSCs) with inverted p-i-n configuration have not yet reached the high efficiency achieved in the normal n-i-p architecture. However, the inverted all-inorganic PSC are more compatible with the fabrication of tandem solar cells. In this work, a theoretical study of all-inorganic PSCs with inverted structure ITO/HTL/CsPbIxBr3−x/ETL/Ag, has been performed by means of computer simulation. Four p‐type inorganic materials (NiO, Cu2O, CuSCN and CuI) and three n-type inorganic materials (ZnO, TiO2 and SnO2) were used as hole and electron transport layers (HTL and ETL), respectively. A band gap of 1.78 eV was used for the CsPbI x Br3−x perovskite layer. The simulation results allow identifying that CuI and ZnO are the most appropriate materials as HTL and ETL, respectively. Additionally, optimized values of thickness, acceptor density and defect density in the absorber layer have been obtained for the ITO/CuI/CsPbI x Br3−x /ZnO/Ag, from which, an optimum efficiency of 21.82% was achieved. These promising theoretical results aim to improve the manufacturing process of inverted all-inorganic PSCs and to enhance the performance of perovskite–perovskite tandem solar cells.Fil: Martinez, Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Sede Olavarría del Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aire. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Sede Olavarría del Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Pinzón Rueda, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Grupo Vinculado al IMBICE - Grupo de Biología Estructural y Biotecnología - Universidad Nacional de Quilmes - GBEyB | Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Grupo Vinculado al IMBICE - Grupo de Biología Estructural y Biotecnología - Universidad Nacional de Quilmes - GBEyB | Universidad Nacional de La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Grupo Vinculado al IMBICE - Grupo de Biología Estructural y Biotecnología - Universidad Nacional de Quilmes - GBEyB; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Casas, Guillermo. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Alvira, Fernando Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Grupo Vinculado al IMBICE - Grupo de Biología Estructural y Biotecnología - Universidad Nacional de Quilmes - GBEyB | Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Grupo Vinculado al IMBICE - Grupo de Biología Estructural y Biotecnología - Universidad Nacional de Quilmes - GBEyB | Universidad Nacional de La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Grupo Vinculado al IMBICE - Grupo de Biología Estructural y Biotecnología - Universidad Nacional de Quilmes - GBEyB; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Cappelletti, Marcelo Angel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentina. Universidad Nacional Arturo Jauretche; Argentin

Apantallamiento electrónico en estructuras unidimensionales

En este trabajo consideramos un método para estudiar la estructura de bandas de un sistema de electrones que se mueven en un potencial periódico (una red iónica) unidimensional. Con ese fin resolvemos autoconsistentemente la ecuación de Schroedinger para un solo electrón que siente el potencial efectivo que resulta de su interacción con el potencial periódico de la red y con el resto de los electrones. Considerando que la interacción electrón-electrón depende adecuadamente de un parámetro d con dimensiones de longitud, podemos aplicar el método para describir la estructura de bandas en cables cuánticos de ancho d vistos como sistemas estrictamente unidimensionales. De nuestros resultados concluimos que el apantallamiento produce una disminución del gap entre la primera y segunda banda y que este efecto aumenta al disminuir el ancho del cable.Grupo de Aplicaciones Matemáticas y Estadísticas de la Facultad de IngenieríaInstituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológico

Apantallamiento electrónico en estructuras unidimensionales

En este trabajo consideramos un método para estudiar la estructura de bandas de un sistema de electrones que se mueven en un potencial periódico (una red iónica) unidimensional. Con ese fin resolvemos autoconsistentemente la ecuación de Schroedinger para un solo electrón que siente el potencial efectivo que resulta de su interacción con el potencial periódico de la red y con el resto de los electrones. Considerando que la interacción electrón-electrón depende adecuadamente de un parámetro d con dimensiones de longitud, podemos aplicar el método para describir la estructura de bandas en cables cuánticos de ancho d vistos como sistemas estrictamente unidimensionales. De nuestros resultados concluimos que el apantallamiento produce una disminución del gap entre la primera y segunda banda y que este efecto aumenta al disminuir el ancho del cable.Grupo de Aplicaciones Matemáticas y Estadísticas de la Facultad de IngenieríaInstituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológico

Impacto del uso de diversos materiales como capa de transporte de huecos en una celda solar de perovskita

En varios trabajos se ha investigado la incidencia de las características de la capa de Perovskita en la eficiencia en la celda. Hay estudios que comparan el desempeño de diversos materiales para la capa llamada “ETL-ELECTRON TRANSPORT LAYER”. En este trabajo analizamos como son afectados los parámetros que caracterizan a una celda solar de Perovskita, empleando distintas alternativas para la capa llamada “HTL-HOLE TRANSPORT LAYER”. Empleamos el simulador SCAPS-1D (SOLAR CELLS CAPACITANCE SIMULATOR). Hemos hallado una fuerte dependencia del rendimiento de la celda con la diferencia entre el máximo de la banda de Valencia de la Perovskita y el de la capa HTL, y con los dopajes de ambas capas. Rendimientos del 28% se obtienen para lo que hemos denominado condición de bandas planas en la interface HTL- PEROVSKITA. La movilidad de los portadores en la HTL solo disminuye el rendimiento cuando es muy baja. El alto rendimiento calculado demuestra la potencialidad de esta tecnología.The characteristics of the perovskyte layer and its influence on the efficiency of perovskyte solar cells have been investigated recently in several research works. There are also many published studies in which the performance of different materials for the electron transport layer (ETL) in these devices is compared. In this paper, the main parameters of perovskyte solar cells are analyzed by considering different materials for the hole transport layer (HTL). The study is carried out theoretically by applying the device simulation code SCAPS-1D. We have found a strong dependence of the cell efficiency on the energy difference between the top of the valence band in the perovskyte and the HTL, and on the doping level in both layers. Efficiencies in the order of 28% have been obtained for a flatband condition at the interface perovskyte-HTL. The carrier mobilities at the HTL have been shown to degrade the efficiency only for very low mobility values. The high efficiency calculated demonstrates the promising potentiality of this technology.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Análisis de celdas solares de perovskita con el modelo de doble diodo

En los últimos años, las celdas solares basadas en materiales con estructura de perovskita han incrementado sustancialmente su eficiencia a bajo costo, lo cual ha alentado fuertemente a mayores estudios teóricos y experimentales para optimizar el diseño de su estructura y la selección de materiales. En este trabajo, ha sido llevado a cabo un estudio teórico de diferentes celdas solares de perovskita de estructura HTM/CH₃NH₃PBI₃/TIO₂ por medio de algoritmos genéticos y el modelo del doble diodo, utilizando cinco materiales diferentes tales como spiro-OMeTAD, Cu₂O, CuSCN, NiO Y CuI como material transportador de huecos (HTM). Las corrientes de saturación inversa de cada diodo y la resistencia serie han sido determinadas para cada dispositivo simulado. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran que ambas corrientes tienen una fuerte influencia sobre el rendimiento de los dispositivos basados en perovskita.In the last few years, the perovskite solar cells have had a significant increase in performance at low cost, which has strongly encouraged many experimental and theoretical studies in order to optimize the design of the structure and the selection of materials. In this paper, a theoretical study of different HTM/CH₃NH₃PBI₃/TIO2 perovskite solar cells has been performed by means of genetic algorithms and double diode model, using five different materials such as spiro-OMeTAD, Cu₂O, CuSCN, NiO and CuI, as hole transporting material (HTM). Diffusion and recombination currents and the series resistance have been found for each simulated device. Results obtained in this work show that both currents have a big influence in the performance of perovskite devices.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Optimization of Inverted All-Inorganic CsPbI3 and CsPbI2Br Perovskite Solar Cells by SCAPS-1D Simulation

Perovskite solar cells (PSCs) have substantially increased their power conversion efficiency(PCE) to more than 25% in recent years. However, the instability of these devices is still astrong obstacle for their commercial applications. Recently, all-inorganic PSCs based on CsPbI3 andCsPbI2Br as the perovskite layer have shown enhanced long-term stability, which makes them potentialcandidates for commercialization. Currently, all-inorganic PSCs with inverted p-i-n configurationhave not yet reached the high efficiency achieved in the normal n-i-p structure. However, theinverted p-i-n architecture has recently drawn attention of researchers because it is more suitable toprepare tandem solar cells. In this work, a theoretical study of inverted p-i-n all-inorganic PSCsbased on CsPbI3 and CsPbI2Br as the perovskite layer was carried out using SCAPS-1D software.The performance of different architectures of PSC was examined and compared by means of numericalsimulations using various inorganic materials as the hole transport layer (HTL) and theelectron transport layer (ETL). The results reveal that CuI and ZnO are the most suitable as HTLand ETL, respectively. In addition, the performance of the devices was significantly improved byoptimizing the hole mobility in CuI as well as the thickness, doping density, and defect density inthe absorber layer. Maximum efficiencies of 26.5% and 20.6% were obtained under optimized conditionsfor the inverted all-inorganic CsPbI3- and CsPbI2Br-based PSCs, respectively. These resultsindicate that further improvements in the performance of such devices are still possible.Fil: Pinzón Rueda, Carlos Alberto. Universidad Nacional de Quilmes; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular. Universidad Nacional de La Plata. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular; ArgentinaFil: Martínez Clemente, Nahuel Facundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Sede Olavarría del Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aire. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Sede Olavarría del Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes; ArgentinaFil: Casas, Guillermo. Universidad Nacional de Quilmes; ArgentinaFil: Alvira, Fernando Carlos. Universidad Nacional de Quilmes; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Denon, Nicole Alexandra. Universidad Nacional Arturo Jauretche; ArgentinaFil: Brusasco, Carlos Gaston. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Medina Chanduvi, Hugo Harold. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Gil Rebaza, Arles Víctor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Cappelletti, Marcelo Angel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales. Universidad Nacional de La Plata. Instituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señales; Argentin

Optimization of Inverted All-Inorganic CsPbI₃ and CsPbI₂Br Perovskite Solar Cells by SCAPS-1D Simulation

Perovskite solar cells (PSCs) have substantially increased their power conversion efficiency (PCE) to more than 25% in recent years. However, the instability of these devices is still a strong obstacle for their commercial applications. Recently, all-inorganic PSCs based on CsPbI₃ and CsPbI₂Br as the perovskite layer have shown enhanced long-term stability, which makes them potential candidates for commercialization. Currently, all-inorganic PSCs with inverted p-i-n configuration have not yet reached the high efficiency achieved in the normal n-i-p structure. However, the inverted p-i-n architecture has recently drawn attention of researchers because it is more suitable to prepare tandem solar cells. In this work, a theoretical study of inverted p-i-n all-inorganic PSCs based on CsPbI₃ and CsPbI₂Br as the perovskite layer was carried out using SCAPS-1D software (ver. 3.3.09). The performance of different architectures of PSC was examined and compared by means of numerical simulations using various inorganic materials as the hole transport layer (HTL) and the electron transport layer (ETL). The results reveal that CuI and ZnO are the most suitable as HTL and ETL, respectively. In addition, the performance of the devices was significantly improved by optimizing the hole mobility in CuI as well as the thickness, doping density, and defect density in the absorber layer. Maximum efficiencies of 26.5% and 20.6% were obtained under optimized conditions for the inverted all-inorganic CsPbI₃- and CsPbI₂Br-based PSCs, respectively. These results indicate that further improvements in the performance of such devices are still possible.Instituto de Física La PlataInstituto de Investigaciones en Electrónica, Control y Procesamiento de Señale

Scientific management of Mediterranean coastal zone: A hybrid ocean forecasting system for oil spill and search and rescue operations

Jordi, Antoni et al.The oil spill from Prestige tanker showed the importance of scientifically based protocols to minimize the impacts on the environment. In this work, we describe a new forecasting system to predict oil spill trajectories and their potential impacts on the coastal zone. The system is formed of three main interconnected modules that address different capabilities: (1) an operational circulation sub-system that includes nested models at different scales, data collection with near-real time assimilation, new tools for initialization or assimilation based on genetic algorithms and feature-oriented strategic sampling; (2) an oil spill coastal sub-system that allows simulation of the trajectories and fate of spilled oil together with evaluation of coastal zone vulnerability using environmental sensitivity indexes; (3) a risk management sub-system for decision support based on GIS technology. The system is applied to the Mediterranean Sea where surface currents are highly variable in space and time, and interactions between local, sub-basin and basin scale increase the non-linear interactions effects which need to be adequately resolved at each one of the intervening scales. Besides the Mediterranean Sea is a complex reduced scale ocean representing a real scientific and technological challenge for operational oceanography and particularly for oil spill response and search and rescue operations. © 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.Peer Reviewe

Finding the underlying symmetries behind the fundamental components of matter

Capítulo 2.Unraveling the structure behind the components of matter and the fundamental laws governing their interactions is the ultimate goal of particle physics. One of the central questions in the Standard Model is the origin of the fermion family replication, which may point towards a hidden flavour symmetry. Many experiments will be soon addressing this issue by exploring the flavour sector with impressive sensitivities. Understanding other symmetries, such as CPT and lepton or baryon numbers, is also crucial, since their violation would have dramatic consequences for the shape of the underlying physics. Other open questions, such as the origin of the chiral character of the weak interactions, the stability of the particle that may constitute the dark matter of the Universe and the possible unification of the fundamental interactions at high energies, may also be associated to the existence of new symmetries and dynamics, possibly better described with a new mathematical language.Peer reviewe