Avsevärda prestandavinster i tandemsolceller av perovskit-kisel (som bilden ovan) kan uppnås genom att lägga till ett mellanskikt av magnesiumfluorid. Kredit:2022 KAUST; Erkan Aydin
Att infoga ett metallfluoridskikt i flerskiktade perovskit-kisel-tandemsolceller kan stoppa laddningsrekombinationen och förbättra prestandan, har KAUST-forskare funnit.
Tandemsolceller som kombinerar perovskit och kiselbaserade subceller i en enhet förväntas fånga upp och omvandla solljus till elektricitet bättre än deras konventionella kiselanaloger med en korsning till en lägre kostnad. Men när solljus träffar perovskitsubcellen tenderar de resulterande elektronparen och positivt laddade hålen att rekombinera vid gränsytan mellan perovskit och elektrontransportskiktet. Dessutom hindrar en oöverensstämmelse mellan energinivåerna vid detta gränssnitt elektronseparation i cellen. Kumulativt sänker dessa problem den maximala tillgängliga driftspänningen, eller öppen kretsspänning, för tandemcellerna och begränsar enhetens prestanda.
Dessa prestandaproblem kan delvis lösas genom att införa ett litiumfluoridskikt mellan perovskiten och elektrontransportskiktet, som vanligtvis består av elektronacceptorn fulleren (C60 ). Men litiumsalter blir lätt flytande och diffunderar genom ytor, vilket gör enheterna instabila. "Ingen av enheterna har klarat standardtestprotokollen från International Electrotechnical Commission, vilket fick oss att skapa ett alternativ", säger huvudförfattaren Jiang Liu, postdoc i Stefaan De Wolfs grupp.
Liu, De Wolf och medarbetare undersökte systematiskt potentialen hos andra metallfluorider, såsom magnesiumfluorid, som mellanskiktsmaterial vid perovskiten/C60 gränssnitt av tandemceller. De förångade metallfluoriderna på perovskitskiktet termiskt för att bilda en ultratunn likformig film med kontrollerad tjocklek innan de tillsattes C60 och toppkontaktkomponenter. Mellanskikten är också mycket transparenta och stabila, i linje med de inverterade p-i-n-solcellskraven.
Magnesiumfluoridmellanskiktet främjade effektivt elektronextraktion från det aktiva perovskitskiktet samtidigt som det ersatte C60 från perovskitytan. Detta minskade laddningsrekombinationen vid gränssnittet. Det förbättrade också laddningstransporten över subcellen.
Den resulterande tandemsolcellen uppnådde en ökning med 50 millivolt i sin öppen spänning och en certifierad stabiliserad effektomvandlingseffektivitet på 29,3 procent – en av de högsta verkningsgraderna för perovskit-kisel tandemceller, säger Liu.
"Med tanke på att den bästa effektiviteten är 26,7 procent för vanliga kristallina kiselbaserade engångsceller, kan denna innovativa teknik ge avsevärda prestandavinster utan att öka tillverkningskostnaden", säger Liu.
För att ytterligare utforska användbarheten av denna teknik utvecklar teamet skalbara metoder för att producera industriella perovskit-kisel-tandemceller med ytor som överstiger 200 kvadratcentimeter. "Vi utvecklar också flera strategier för att få mycket stabila tandemenheter som klarar de kritiska industriella stabilitetsprotokollen", säger Liu. + Utforska vidare
