High-specific-power flexible transition metal dichalcogenide solar cells

材料科学 光电子学 钝化 光伏 纳米技术 能量转换效率 兴奋剂 石墨烯 太阳能电池 光伏系统 电气工程 图层(电子) 工程类
作者
Koosha Nassiri Nazif,Alwin Daus,Jiho Hong,Nayeun Lee,Sam Vaziri,Aravindh Kumar,Frederick U. Nitta,Michelle Chen,Siavash Kananian,Raisul Islam,Kwan‐Ho Kim,Jin‐Hong Park,Ada S. Y. Poon,Mark L. Brongersma,Eric Pop,Krishna C. Saraswat
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:167
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27195-7
摘要

Semiconducting transition metal dichalcogenides (TMDs) are promising for flexible high-specific-power photovoltaics due to their ultrahigh optical absorption coefficients, desirable band gaps and self-passivated surfaces. However, challenges such as Fermi-level pinning at the metal contact-TMD interface and the inapplicability of traditional doping schemes have prevented most TMD solar cells from exceeding 2% power conversion efficiency (PCE). In addition, fabrication on flexible substrates tends to contaminate or damage TMD interfaces, further reducing performance. Here, we address these fundamental issues by employing: 1) transparent graphene contacts to mitigate Fermi-level pinning, 2) $\rm{MoO}_\it{x}$ capping for doping, passivation and anti-reflection, and 3) a clean, non-damaging direct transfer method to realize devices on lightweight flexible polyimide substrates. These lead to record PCE of 5.1% and record specific power of $\rm{4.4\ W\,g^{-1}}$ for flexible TMD ($\rm{WSe_2}$) solar cells, the latter on par with prevailing thin-film solar technologies cadmium telluride, copper indium gallium selenide, amorphous silicon and III-Vs. We further project that TMD solar cells could achieve specific power up to $\rm{46\ W\,g^{-1}}$, creating unprecedented opportunities in a broad range of industries from aerospace to wearable and implantable electronics.
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