Transparenta ledande filmer som släpper igenom ett bredare spektrum av solspektrumet har utvecklats av KAUST och är inställda på att öka effektomvandlingseffektiviteten för perovskitbaserade multijunction solceller över 30 procent. Förbättrad effektivitet gör dessa enheter mer kommersiellt tilltalande.

Effektomvandlingseffektiviteten för perovskite-solceller har ökat drastiskt under det senaste decenniet. Tandemsolceller – de som kombinerar ett brett bandgap, en halvgenomskinlig toppcell av perovskit och en bottencell av kisel med lågt bandgap – har uppnått maximal effektomvandlingseffektivitet på 28 procent, överträffar solceller av kisel med en korsning.

Prestanda hos perovskitbaserade tandemsolceller vilar på den översta cellens förmåga att skörda den blå delen av solspektrumet samtidigt som den släpper igenom det nära-infraröda ljuset. Omvänt, bottencellen behöver bara absorbera nära-infrarött ljus. "Halvtransparensen för den övre cellen beror på den optiska bandgapet och tjockleken på den perovskit tunna filmen samt egenskaperna hos de transparenta elektroderna, särskilt deras solblottade sida, " förklarar studieledaren Stefaan De Wolf från KAUST Solar Center.

Ideala transparenta elektroder uppvisar hög konduktivitet och bredbandsgenomskinlighet, vilket minskar energiförlusterna och förbättrar enhetens prestanda genom hela solspektrumet. Indiumtennoxid är det transparenta ledande materialet för solceller, men dess avvägning mellan konduktivitet och transparens är inte idealisk. Denna avvägning är uppenbar genom endast måttlig elektronmobilitet och parasitisk absorption - ett fenomen som konkurrerar med ljusabsorptionen som är ansvarig för nuvarande generering. Metaller, såsom titan och molybden, har använts som dopmedel för indiumoxidbaserade elektroder för att förbättra denna kompromiss, men deras förhöjda bearbetningstemperaturer gör dem olämpliga för perovskitbaserade tandemceller.

Som ett alternativ De Wolf, Erkan Aydin och kollegor från KAUST och University of Twente har nu tillverkat transparenta elektroder med zirkoniumdopad indiumoxid (IZRO). "Detta material passar våra perovskitbaserade tandemsolceller på grund av dess utmärkande egenskaper, speciellt dess breda bandgap som överstiger 3,5 elektronvolt, hög ledningsförmåga och hög nära-infraröd transparens, " säger Aydin.

Till skillnad från deras zirkoniumfria motsvarigheter, de ursprungligen amorfa IZRO-filmerna bildade stora kristaller när de värmdes till 200 grader Celsius i 25 minuter under omgivande förhållanden, antyder att zirkoniumdopning främjar kristallinitet. De glödgade filmerna visade högre transparens och konduktivitet än deras obehandlade föregångare, som direkt förbinder kristallinitet med elektrodprestanda.

När de ingår i perovskit-kisel tandemceller, IZRO-elektroderna förbättrade bottencellens respons jämfört med deras konventionella motsvarigheter. Detta ökade effektkonverteringseffektiviteten från 23,3 till 26,2 procent, "En anmärkningsvärd förbättring för mekaniskt staplade tandemsolceller, " säger Aydin.