Всеперовскитные тандемные солнечные элементы, представляющие собой стопки p-n-переходов, сформированных из перовскитов с различными энергетическими зазорами, имеют потенциал для достижения более высокой эффективности, чем обычные однопереходные солнечные элементы. Однако до сих пор большинство предложенных полностью перовскитных тандемных элементов не достигли желаемой эффективности преобразования энергии (PCE), часто из-за трудностей, связанных с созданием подходящих узко- и широкозонных субэлементов.
Исследователи из Нанкинского университета и Университета Торонто недавно разработали новые неорганические перовскитные подэлементы с широкой полосой пропускания, которые могут повысить КПЭ и стабильность этих перспективных солнечных элементов. Их разработка, представленная в статье в журнале Nature Energy, включает в себя вставку пассивирующего дипольного слоя на границе между органическими транспортными слоями и неорганическими перовскитами внутри ячеек.
«Наша исследовательская группа сосредоточилась на улучшении PCE полностью перовскитных тандемных солнечных элементов, которые несколько раз побили мировой рекорд и были включены в «таблицы эффективности солнечных элементов», — рассказал Tech Xplore Хайрен Тан, один из исследователей, проводивших исследование.
«Однако эффективные тандемные солнечные элементы, изготовленные с использованием гибридных органических неорганических перовскитов с широкой полосой пропускания, до сих пор сохраняли лишь 90% от первоначального PCE в течение 600 часов работы в точке максимальной мощности (MPP). Поэтому достижение долгосрочной стабильности стало критической проблемой для коммерциализации полностью перовскитных тандемных солнечных элементов».
Было установлено, что полностью неорганические перовскиты, состоящие из CsPbI3-xBrx, демонстрируют лучшую термическую и фотостабильность, чем гибридные материалы, сочетающие органические и неорганические перовскиты. В рамках своего недавнего исследования Тан и его коллеги попытались использовать эти материалы для создания полностью перовскитных тандемных солнечных элементов с лучшей долговременной стабильностью. В частности, они использовали перовскиты CsPbI3-xBrx для создания неорганических широкополосных субэлементов, которые могут быть интегрированы в полностью перовскитные тандемные элементы.
«Неорганические перовскиты с широкой полосой пропускания обычно имеют минимальную полосу проводимости выше, чем эквивалентные гибридные перовскиты с такой же полосой пропускания», — сказал Тан. «Большое смещение полосы проводимости (ΔEc ~ 0,7 эВ) на границе раздела перовскит/электронно-транспортный слой (C60) не только сильно затрудняет извлечение заряда и приводит к большим потерям напряжения открытого контура (VOC), но и вызывает гистерезис на прямой и обратной J-V кривых. Чтобы решить эту проблему, мы ввели дипольный слой с высокой молекулярной полярностью (CF3-PEA) на границу раздела перовскит/C60 для реконфигурации межфазных состояний, тем самым улучшая выравнивание полос и увеличивая прочность связи между неорганическим перовскитом и контактами C60».
Самой уникальной особенностью конструкции субъячейки, представленной Таном и его коллегами, является дипольный слой, который команда ввела между органическими и неорганическими материалами.