Tværbundne hultransportlag til højeffektive perovskit tandem solceller

Strømkonverteringseffektiviteten (PCE) for perovskite solceller med enkelt kryds (PSC'er) er steget bemærkelsesværdigt fra 3,8% til 25,2% på bare et årti. Da den hurtige udvikling af PCE har nærmet sig grænsen for dens teoretiske effektivitet, at fremstille tandemsolceller ved at kombinere subceller med forskellige båndgap giver en mulighed for at gå ud over Shockley-Queisser-grænserne for solceller med enkelt kryds.

Tandem-enhederne anvender forskellige dele af solspektrene ved hjælp af subceller med forskellige båndgab for at reducere det termiske tab af fotogenererede bærere. På grund af det indstillelige båndgab, høj absorptionskoefficient og lave fabrikationsomkostninger, metalhalogenidperovskitter er lovende kandidater til tandem -enheder.

Imidlertid, effektiviteten af ​​perovskit-baserede tandemsolceller er stort set begrænset af topbånd med bredbåndsgap, der typisk besidder en stor åben kredsløbsspænding (V _OC ) tab. Den alvorlige ikke-strålende ladningsrekombination ved grænsefladen mellem perovskit og hultransportlag (HTL) er en nøglefaktor, der fører til det store V _OC tab.

For nylig, forskergruppe af prof. Hairen Tan fra Nanjing University har brugt det tværbundne organiske lille molekyle VNPB som HTL for bredbånds-perovskit-solceller. A V _OC en stigning på næsten 50 mV blev opnået med succes for bredbåndsgap solceller med båndgab på 1,6 eV, 1,7 eV og 1,8 eV. Sammenlignet med kontrolenheden, der bruger PTAA polymer HTL, perovskitfilmene aflejret på VNPB har større kornstørrelse og bedre krystallinitet. VNPB muliggør hurtigere ekstraktion af ladninger og reducerer defektdensitet ved HTL/perovskite -grænsefladen.

Beregning af densitetsfunktionsteori (DFT) viser, at den tættere kontakt mellem VNPB og perovskit øger defektdannelsesenergien og reducerer defektdensiteten, derved effektivt reducere den ikke-strålende rekombination af bærere. Endelig, PCE'erne for perovskit/perovskit og perovskite/silicium tandem solceller ved hjælp af VNPB som HTL når 24,9% og 25,4%, henholdsvis.

Dette arbejde viser, at tværbindbare små molekyler er lovende for højeffektive og omkostningseffektive perovskite tandem fotovoltaiske enheder.