Двусторонние монолитные все

Световой издательский центр, Чанчуньский институт оптики, точной механики и физики, CAS

изображение: Схематическая иллюстрация (слева) и изображение поперечного сечения сканирующей электронной микроскопии (справа) двусторонних монолитных полностью перовскитных тандемов.посмотреть больше

Авторы: Хунцзян Ли, Юруй Ван, Хань Гао, Мэй Чжан, Ренсин Линь, Пу Ву, Кэ Сяо и Хайрен Тан

Металлогалогенные перовскитовые солнечные элементы привлекли огромное внимание, поскольку их эффективность преобразования энергии (PCE) быстро увеличивается с менее 4% до более 25%. Дальнейшее улучшение характеристик при низких дополнительных затратах имеет решающее значение для коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Одним из наиболее многообещающих путей является использование тандемной конфигурации для преодоления предела Шокли-Кейсера для однопереходных солнечных элементов.

Сочетая два поглотителя с дополняющей запрещенной зоной, тандемные солнечные элементы обещают более высокие показатели PCE, чем их однопереходные аналоги. Перовскиты очень желательны для тандемных солнечных элементов. Полностью перовскитные тандемные солнечные элементы весьма перспективны благодаря своей низкой стоимости, высокой удельной мощности и гибкости.

В новой статье, опубликованной в eLight, группа ученых под руководством профессора Хайрена Тана из Нанкинского университета продемонстрировала первые двусторонние монолитные полностью перовскитовые тандемные солнечные элементы. В их статье «Выявление потенциала выходной мощности двусторонних монолитных полностью перовскитных тандемных солнечных элементов» было обнаружено, что их устройство имеет значительно более высокий потенциал выходной мощности.

Монолитные полностью перовскитовые тандемы значительно улучшились до недавно сертифицированного значения 28,0%. Несмотря на эти достижения, по-прежнему востребованы другие стратегии достижения более высокой плотности выходной мощности (OPD) для снижения приведенной стоимости энергии (LCOE). Другая эффективная стратегия увеличения OPD перовскитных солнечных элементов — использование двусторонней конфигурации. Это позволяет значительно увеличить OPD за счет использования света, попадающего на заднюю часть устройств, а именно альбедо (отраженного и рассеянного света от окружающей среды).

Используя прозрачный проводящий оксид (TCO) в качестве задних электродов, можно сконструировать двусторонние перовскитовые солнечные элементы на основе хорошо зарекомендовавшей себя односторонней конфигурации. Что еще более важно, двусторонние солнечные элементы из перовскита будут более стабильными, чем их односторонние аналоги. Численное моделирование показывает, что двусторонние тандемные ячейки могут унаследовать преимущества тандемной архитектуры и двустороннего дизайна. Это позволит обеспечить более высокую термодинамическую эффективность по сравнению с односторонними тандемами и однопереходными двусторонними солнечными элементами.

При наличии альбедо оптимизированная конструкция согласования тока в односторонних тандемах приведет к несоответствию в двусторонней конфигурации. Ток нижних ячеек будет увеличиваться с увеличением альбедо в двусторонних монолитных тандемах. По сравнению с однолицевыми тандемами задние прозрачные электроды уменьшают ток в нижних субэлементах, позволяя свету проходить без отражения сзади. Текущее соответствие должно быть переработано в двусторонних тандемных конфигурациях.

Исследовательская группа продемонстрировала разработку и изготовление двусторонних полностью перовскитных тандемных солнечных элементов с использованием прозрачного проводящего оксида (TCO) в качестве заднего электрода. Для обеспечения согласования токов при различном заднем освещении была использована технология запрещенной зоны верхнего элемента. Влияние альбедо на фотоэлектрические параметры и спектральный отклик систематически исследовалось. Расчет выхода энергии показывает более высокую плотность выходной мощности за счет использования двусторонней архитектуры в реальных условиях.

Двусторонние цельноперовскитовые монолитные тандемы были продемонстрированы с использованием прозрачных задних электродов. Это позволяет собирать свет, падающий на заднюю часть тандемов. Двусторонние тандемы показали более заметное улучшение производительности, чем однолицевые тандемы. Только ширина запрещенной зоны верхней субъячейки была скорректирована для достижения текущего согласования двусторонних тандемов с задним освещением, что было справедливо для альбедо ниже 40%. При альбедо более 40% плотность тока тандемов насыщается. Исследователи предложили дополнительно уменьшить ширину запрещенной зоны верхних ячеек или увеличить ширину запрещенной зоны нижних ячеек.