Transparante geleidende films die een breder bereik van het zonnespectrum doorlaten, zijn ontwikkeld door KAUST en zullen de energieconversie-efficiëntie van op perovskiet gebaseerde multijunction-zonnecellen tot meer dan 30 procent verhogen. Verbeterde efficiëntie maakt deze apparaten commercieel aantrekkelijker.

De energieconversie-efficiëntie van perovskiet-zonnecellen is de afgelopen tien jaar drastisch gestegen. Tandem-zonnecellen - die een brede bandgap combineren, een semitransparante perovskiet-topcel en een low-bandgap-silicium-bodemcel - hebben een maximale stroomconversie-efficiëntie van 28 procent bereikt, beter presteren dan single-junction silicium zonnecellen.

De prestaties van op perovskiet gebaseerde tandemzonnecellen berusten op het vermogen van de bovenste cel om het blauwe deel van het zonnespectrum te oogsten terwijl het nabij-infraroodlicht doorlaat. Omgekeerd, de onderste cel hoeft alleen nabij-infrarood licht te absorberen. "De semitransparantie van de bovenste cel hangt af van de optische bandgap en dikte van de perovskiet-dunne film, evenals de kenmerken van de transparante elektroden, vooral hun aan de zon blootgestelde kant, " legt studieleider Stefaan De Wolf van het KAUST Solar Center uit.

Ideale transparante elektroden vertonen een hoge geleidbaarheid en breedbandtransparantie, die energieverliezen vermindert en de prestaties van het apparaat verbetert door het hele zonnespectrum. Indiumtinoxide is het go-to transparante geleidende materiaal voor zonnecellen, maar de afweging tussen geleidbaarheid en transparantie is niet ideaal. Deze wisselwerking manifesteert zich door slechts een matige elektronenmobiliteit en parasitaire absorptie - een fenomeen dat concurreert met de lichtabsorptie die verantwoordelijk is voor de huidige generatie. metalen, zoals titanium en molybdeen, zijn gebruikt als doteermiddelen voor op indiumoxide gebaseerde elektroden om deze afweging te verbeteren, maar hun verhoogde verwerkingstemperaturen maken ze ongeschikt voor op perovskiet gebaseerde tandemcellen.

Als alternatief De Wolf, Erkan Aydin en collega's van KAUST en de Universiteit Twente hebben nu transparante elektroden gemaakt van met zirkonium gedoteerd indiumoxide (IZRO). "Dit materiaal past bij onze op perovskiet gebaseerde tandemzonnecellen vanwege zijn onderscheidende eigenschappen, vooral de brede bandgap van meer dan 3,5 elektron-volt, hoge geleidbaarheid en hoge nabij-infraroodtransparantie, ' zegt Aydin.

In tegenstelling tot hun zirkoniumvrije tegenhangers, de aanvankelijk amorfe IZRO-films vormden grote kristallen bij verhitting tot 200 graden Celsius gedurende 25 minuten onder omgevingsomstandigheden, wat suggereert dat zirkoniumdoping de kristalliniteit bevordert. De gegloeide films vertoonden een hogere transparantie en geleidbaarheid dan hun onbehandelde voorlopers, die kristalliniteit direct verbindt met elektrodeprestaties.

Wanneer opgenomen in perovskiet-silicium tandemcellen, de IZRO-elektroden verbeterden de respons van de onderste cel in vergelijking met hun conventionele tegenhangers. Dit verhoogde de stroomconversie-efficiëntie van 23,3 naar 26,2 procent, "Een opmerkelijke verbetering voor mechanisch gestapelde tandemzonnecellen, ' zegt Aydin.