Tilføjelse af endnu et lag metalfluorid kan forbedre solcellernes ydeevne

Indsættelse af et metalfluoridlag i flerlagede perovskit-silicium-tandemsolceller kan stoppe ladningsrekombinationen og forbedre ydeevnen, har KAUST-forskere fundet.

Tandem solceller, der kombinerer perovskit og silicium-baserede subceller i én enhed, forventes bedre at fange og konvertere sollys til elektricitet end deres konventionelle single-junction silicium analoger til en lavere pris. Men når sollys rammer perovskit-subcellen, har de resulterende elektronpar og positivt ladede huller tendens til at rekombinere ved grænsefladen mellem perovskit og elektrontransportlaget. Også et misforhold mellem energiniveauer ved denne grænseflade hindrer elektronadskillelse i cellen. Kumulativt sænker disse problemer den maksimale tilgængelige driftsspænding eller åben kredsløbsspænding for tandemcellerne og begrænser enhedens ydeevne.

Disse præstationsproblemer kan delvist løses ved at indføre et lithiumfluoridlag mellem perovskit- og elektrontransportlaget, som normalt omfatter elektronacceptoren fulleren (C₆₀ ). Lithiumsalte bliver dog let flydende og diffunderer gennem overflader, hvilket gør apparaterne ustabile. "Ingen af ​​enhederne har bestået standardtestprotokollerne fra Den Internationale Elektrotekniske Kommission, hvilket fik os til at skabe et alternativ," siger hovedforfatter Jiang Liu, postdoc i Stefaan De Wolfs gruppe.

Liu, De Wolf og kolleger undersøgte systematisk potentialet af andre metalfluorider, såsom magnesiumfluorid, som mellemlagsmaterialer ved perovskit/C₆₀ grænseflade mellem tandemceller. De fordampede metalfluoriderne på perovskitlaget termisk for at danne en ultratynd ensartet film med kontrolleret tykkelse, før de tilsatte C₆₀ og topkontaktkomponenter. Mellemlagene er også meget gennemsigtige og stabile i overensstemmelse med de omvendte p-i-n-solcellekrav.

Magnesiumfluorid-mellemlaget fremmede effektivt elektronekstraktion fra det aktive perovskit-lag, mens det fortrængte C₆₀ fra perovskitoverfladen. Denne reducerede ladningsrekombination ved grænsefladen. Det forbedrede også ladningstransporten over undercellen.

Den resulterende tandemsolcelle opnåede en stigning på 50 millivolt i sin åbenstrømspænding og en certificeret stabiliseret effektkonverteringseffektivitet på 29,3 procent – ​​en af ​​de højeste effektiviteter for perovskit-silicium tandemceller, siger Liu.

"I betragtning af, at den bedste effektivitet er 26,7 procent for almindelige krystallinske silicium-baserede single-junction-celler, kan denne innovative teknologi give betydelige ydeevnegevinster uden at øge produktionsomkostningerne," siger Liu.

For yderligere at udforske anvendeligheden af ​​denne teknologi, udvikler teamet skalerbare metoder til at producere perovskit-silicium tandemceller i industriel skala med arealer på over 200 kvadratcentimeter. "Vi er også ved at udvikle flere strategier for at opnå meget stabile tandem-enheder, der vil bestå de kritiske industrielle stabilitetsprotokoller," siger Liu. + Udforsk yderligere

Tværbundne hultransportlag til højeffektive perovskite tandem solceller