Het inbrengen van een metaalfluoridelaag in meerlagige perovskiet-silicium tandem-zonnecellen kan de recombinatie van ladingen vertragen en de prestaties verbeteren, ontdekten KAUST-onderzoekers.

Van tandemzonnecellen die perovskiet en op silicium gebaseerde subcellen in één apparaat combineren, wordt verwacht dat ze zonlicht beter opvangen en omzetten in elektriciteit dan hun conventionele enkelvoudige siliciumanalogen tegen lagere kosten. Wanneer zonlicht echter de perovskiet-subcel raakt, hebben de resulterende elektronenparen en positief geladen gaten de neiging om te recombineren op het grensvlak tussen perovskiet en de elektronentransportlaag. Ook belemmert een mismatch tussen energieniveaus op dit grensvlak de elektronenscheiding in de cel. Samengevat verlagen deze problemen de maximaal beschikbare bedrijfsspanning, of nullastspanning, van de tandemcellen en beperken ze de prestaties van het apparaat.

Deze prestatieproblemen kunnen gedeeltelijk worden opgelost door een lithiumfluoridelaag aan te brengen tussen de perovskiet- en elektronentransportlaag, die gewoonlijk de elektronenacceptor fullereen omvat (C₆₀ ). Lithiumzouten worden echter gemakkelijk vloeibaar en diffunderen door oppervlakken, waardoor de apparaten onstabiel worden. "Geen van de apparaten heeft de standaard testprotocollen van de International Electrotechnical Commission doorstaan, wat ons ertoe heeft aangezet een alternatief te creëren", zegt hoofdauteur Jiang Liu, een postdoc in de groep van Stefaan De Wolf.

Liu, De Wolf en collega's onderzochten systematisch het potentieel van andere metaalfluoriden, zoals magnesiumfluoride, als tussenlaagmaterialen bij de perovskiet/C₆₀ interface van tandemcellen. Ze verdampten de metaalfluoriden op de perovskietlaag thermisch om een ​​ultradunne uniforme film met gecontroleerde dikte te vormen voordat C₆₀ werd toegevoegd. en topcontactcomponenten. De tussenlagen zijn ook zeer transparant en stabiel, in overeenstemming met de vereisten voor omgekeerde p-i-n-zonnecellen.

De tussenlaag van magnesiumfluoride bevorderde effectief de extractie van elektronen uit de perovskiet-actieve laag terwijl C₆₀ werd verdrongen van het perovskietoppervlak. Deze verminderde ladingsrecombinatie bij de interface. Het verbeterde ook het ladingstransport door de subcel.

De resulterende tandemzonnecel bereikte een toename van 50 millivolt in zijn open-stroomspanning en een gecertificeerde gestabiliseerde stroomconversie-efficiëntie van 29,3 procent - een van de hoogste efficiënties voor perovskiet-silicium tandemcellen, zegt Liu.

"Gezien het feit dat de beste efficiëntie 26,7 procent is voor reguliere, op kristallijn silicium gebaseerde single-junction-cellen, zou deze innovatieve technologie aanzienlijke prestatieverbeteringen kunnen opleveren zonder de fabricagekosten te verhogen", zegt Liu.

Om de toepasbaarheid van deze technologie verder te onderzoeken, ontwikkelt het team schaalbare methoden om perovskiet-silicium tandemcellen op industriële schaal te produceren met een oppervlakte van meer dan 200 vierkante centimeter. "We ontwikkelen ook verschillende strategieën om zeer stabiele tandemapparaten te verkrijgen die voldoen aan de kritieke industriële stabiliteitsprotocollen", zegt Liu. + Verder verkennen

Verknoopte gatentransportlagen voor hoogrenderende perovskiet-tandemzonnecellen