Высокопроизводительные тандемные перовскит-кремниевые солнечные элементы с фотоэлектродами с очень большой шириной запрещенной зоны
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-2-246-251
Аннотация
Наноструктурированные слои оксидов металлов с очень большой шириной запрещенной зоны (Eg > 5 эВ), таких как ZrO2 и HfO2, использовались в качестве фотоэлектродов в полупрозрачных перовскитных солнечных элементах (ПСК) с архитектурой устройства стекло/FTO/c-TiO2/ZrO2 (или HfO2)/CH3NH3PbI3/PTAA/PEDOT:PSS/FTO/стекло. Полученные ПСК использовались в качестве топовых элементов для изготовления высокоэффективных четырехвыводных тандемных перовскит-кремниевых солнечных элементов. Сравнительный анализ фотоэлектрических параметров, измеренных для ПСК, солнечных элементов на основе кристаллического кремния (c-Si) и тандемных солнечных элементов ПСК /c-Si, показал, что применение материалов с очень большой шириной запрещенной зоны позволяет улучшить характеристики ПСК и повысить эффективность тандемный солнечный элемент ПСК /c-Si до ~24% по сравнению с автономным солнечным элементом c-Si.
Ключевые слова
Об авторах
A. B. Nikolskaia
Institute of Biochemical Physics RAS
Россия
Россия
Department of Solar Photovoltaics
Kosygin St. 4, Moscow, 119334
M. F. Vildanova
Institute of Biochemical Physics RAS
Россия
Россия
Department of Solar Photovoltaics
Kosygin St. 4, Moscow, 119334
S. S. Kozlov
Institute of Biochemical Physics RAS
Россия
Россия
Department of Solar Photovoltaics
Kosygin St. 4, Moscow, 119334
O. V. Almjasheva
Saint Petersburg Electrotechnical University “LETI
Россия
Россия
Saint-Petersburg, Professora Popova St., 5, Saint Petersburg, 19737
V. V. Gusarov
Saint Petersburg Electrotechnical University “LETI”;
Ioffe Physical-Technical Institute RAS
Россия
Россия
Saint-Petersburg, Professora Popova St., 5, Saint Petersburg, 197376,
Politekhnicheskaya St., 26, Saint Petersburg, 194021
О. I. Shevaleevskiy
Institute of Biochemical Physics RAS
Россия
Россия
Department of Solar Photovoltaics
Kosygin St. 4, Moscow, 119334
Список литературы
1. Green M.A., Dunlop E.D., Hohl-Ebinger J., Yoshita M., Kopidakis N., Hao X. Solar cell efficiency tables (version 56). Prog. Photovolt.: Res. Appl., 2020, 28, NREL/JA-5900-77544.
2. Battaglia C., Cuevas A., De Wolf S. High-efficiency crystalline silicon solar cells: status and perspectives. Energy Environ. Sci., 2016, 9, P. 1552–1576.
3. Yu Z., Leilaeioun M., Holman Z. Selecting tandem partners for silicon solar cells. Nat. Energy, 2016, 1, P. 16137.
4. Leijtens T., Bush K.A., Prasanna R., McGehee M.D. Opportunities and challenges for tandem solar cells using metal halide perovskite semiconductors. Nat. Energy, 2018, 3, P. 828–838.
5. Park N.G. Research direction toward scalable, stable, and high efficiency perovskite solar cells. Adv. Energy Mater., 2020, 10(13), P. 1903106.
6. Tejeda A., Choy W.C.H., Deleporte E., Graetzel M. Hybrid perovskites for photovoltaics and optoelectronics. J. Phys. D: Appl. Phys., 2020, 53(7), P. 070201.
7. Ansari M.I.H., Qurashi A., Nazeeruddin M.K. Frontiers, opportunities, and challenges in perovskite solar cells: a critical review. J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev., 2018, 35, P. 1–24.
8. Jiang Y., Almansouri I., Huang S., Young T., Li Y., Peng Y., Hou Q., Spiccia L., Bach U., Cheng Y., Greena M.A., Ho-Baillie A. Optical analysis of perovskite/silicon tandem solar cells. J. Mater. Chem. C, 2016, 4, P. 5679–5689.
9. Messmer C., Goraya B.S., Nold S., Schulze P.S., Sittinger V., Schon J., Goldschmidt J.C., Bivour M., Glunz S.W., Hermle M. The race ¨ for the best silicon bottom cell: efficiency and cost evaluation of perovskite–silicon tandem solar cells. Prog. Photovolt.: Res. Appl., 2020, https://doi.org/10.1002/pip.3372.
10. Dewi H.A., Wang H., Li J., Thway M., Sridharan R., Stangl R., Lin F., Aberle A.G., Mathews N., Bruno A., Mhaisalkar S. Highly efficient semitransparent perovskite solar cells for four terminal perovskite-silicon tandems. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(37), P. 34178– 34187.
11. Chen B., Zheng X., Bai Y., Padture N.P., Huang J. Progress in tandem solar cells based on hybrid organic–inorganic perovskite. Adv. Energy Mater., 2017, 7, P. 1602400.
12. Jaysankar M., Filipic M., Zielinski B., Schmager R., Song W., Qiu W., Paetzold U.W., Aernouts T., Debucquoy M., Gehlhaar R., Poortmans J. Perovskite–silicon tandem solar modules with optimized light harvesting. Energ. Environ. Sci., 2018, 11, P. 1489–1498.
13. Loper P., Moon S.-J., de Nicolas S.M., Niesen B., Ledinsky M., Nicolay S., Bailat J., Yum J.-H., De Wolf S., Ballif C. Organic–inorganic ¨ halide perovskite/crystalline silicon four-terminal tandem solar cells. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, P. 1619–1629.
14. Noh M.F.M., Teh C.H., Daik R., Lim E.L., Yap C.C., Ibrahim M.A., Ludin N.A., Yusoff A.R., Jange J., Teridi M.A.M. The architecture of the electron transport layer for a perovskite solar cell. J. Mater. Chem. C, 2018, 6, P. 682–712.
15. Wang K., Olthof S., Subhani W.S., Jiang X., Cao Y., Duan L., Wang H., Du M., Liu S. Novel inorganic electron transport layers for planar perovskite solar cells: progress and prospective. Nano Energy, 2020, 68, P. 104289.
16. Mahmood K., Sarwar S., Mehran M.T. Current status of electron transport layers in perovskite solar cells: materials and properties. RSC Adv., 2017, 7, P. 17044–17062.
17. Larina L.L., Alexeeva O.V., Almjasheva O.V., Gusarov V.V., Kozlov S.S., Nikolskaia A.B., Vildanova M.F., Shevaleevskiy O.I. Very widebandgap nanostructured metal oxide materials for perovskite solar cells. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2019, 10(1), P. 70– 75.
18. Vildanova M.F., Nikolskaia A.B., Kozlov S.S., Shevaleevskiy O.I. Charge transfer mechanisms in multistructured photoelectrodes for perovskite solar cells. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, 1697, P. 012187.
19. Heo H., Han H.J., Lee M., Song M., Kim D.H., Im S.H. Stable semi-transparent CH3NH3PbI3 planar sandwich solar cells. Energ. Environ. Sci., 2015, 8(10), P. 2922.
20. Chen B., Bai Y., Yu Z., Li T., Zheng X., Dong Q., Shen L., Boccard M., Gruverman A., Holman Z., Huang J. Efficient semitransparent perovskite solar cells for 23.0% efficiency perovskite/silicon four terminal tandem cells. Adv. Energy Mat., 2016, 6(19), P. 1601128.
21. Vildanova M.F., Nikolskaia A.B., Kozlov S.S., Karyagina O.K., Larina L.L., Shevaleevskiy O.I., Almjasheva O.V., Gusarov V.V. Nanostructured ZrO2–Y2O3-based system for perovskite solar cells. Doklady Physical Chemistry, 2019, 484(2), P. 36–38.
22. Nikolskaia A., Vildanova M., Kozlov S., Tsvetkov N., Larina L., Shevaleevskiy O. Charge transfer in mixed phase TiO2 photoelectrodes for perovskite solar cells. Sustainability, 2020, 12, P. 788.
23. Ito S., Chen P., Comte P., Nazeeruddin M.K., Liska P., Pechy P., Gr ´ atzel M. Fabrication of screen-printing pastes from TiO ¨ 2 powders for dye?sensitized solar cells. Prog. Photovolt.: Res. Appl., 2007, 15, P. 603–612.
24. Nikolskaia A.B., Kozlov S.S., Vildanova M.F., Shevaleevskiy O.I. Power conversion efficiencies of perovskite and dye-sensitized solar cells under various solar radiation intensities. Semiconductors, 2019, 53(4), P. 540–544.
25. Ahn N., Son D.-Y., Jang I.-H., Kang S.M., Choi M., Park N.-G. Highly reproducible perovskite solar cells with average efficiency of 18.3% and best efficiency of 19.7% fabricated via lewis base adduct of lead (II) iodide. J. Am. Chem. Soc., 2015, 137(27), P. 8696–8699.
Рецензия
Для цитирования:
Nikolskaia A.B., Vildanova M.F., Kozlov S.S., Almjasheva O.V., Gusarov V.V., Shevaleevskiy О.I. Высокопроизводительные тандемные перовскит-кремниевые солнечные элементы с фотоэлектродами с очень большой шириной запрещенной зоны. Наносистемы: физика, химия, математика. 2021;12(2):246-251. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-2-246-251
For citation:
Nikolskaia A.B., Vildanova M.F., Kozlov S.S., Almjasheva O.V., Gusarov V.V., Shevaleevskiy O.I. High performance tandem perovskite-silicon solar cells with very large bandgap photoelectrodes. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2021;12(2):246-251. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-2-246-251
Просмотров:
139
Послать статью по эл. почте 