Halide homogenization for low energy loss in 2-eV-bandgap perovskites and increased efficiency in all-perovskite triple-junction solar cells

钙钛矿(结构) 带隙 开路电压 能量转换效率 光电子学 卤化物 材料科学 钙钛矿太阳能电池 太阳能电池 电压 化学 电气工程 无机化学 结晶学 工程类
作者
Junke Wang,Lewei Zeng,Dong Zhang,Aidan Maxwell,Hao Chen,Kunal Datta,Alessandro Caiazzo,Willemijn H. M. Remmerswaal,Nick R. M. Schipper,Zehua Chen,Kevin Ho,Akash Dasgupta,Gunnar Kusch,Riccardo Ollearo,Laura Bellini,Shuaifeng Hu,Zaiwei Wang,Chongwen Li,Sam Teale,Luke Grater
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:9 (1): 70-80 被引量:105
标识
DOI:10.1038/s41560-023-01406-5
摘要

Monolithic all-perovskite triple-junction solar cells have the potential to deliver power conversion efficiencies beyond those of state-of-art double-junction tandems and well beyond the detailed-balance limit for single junctions. Today, however, their performance is limited by large deficits in open-circuit voltage and unfulfilled potential in both short-circuit current density and fill factor in the wide-bandgap perovskite sub cell. Here we find that halide heterogeneity—present even immediately following materials synthesis—plays a key role in interfacial non-radiative recombination and collection efficiency losses under prolonged illumination for Br-rich perovskites. We find that a diammonium halide salt, propane-1,3-diammonium iodide, introduced during film fabrication, improves halide homogenization in Br-rich perovskites, leading to enhanced operating stability and a record open-circuit voltage of 1.44 V in an inverted (p–i–n) device; ~86% of the detailed-balance limit for a bandgap of 1.97 eV. The efficient wide-bandgap sub cell enables the fabrication of monolithic all-perovskite triple-junction solar cells with an open-circuit voltage of 3.33 V and a champion PCE of 25.1% (23.87% certified quasi-steady-state efficiency). Wide-bandgap perovskite solar cells are limited by losses in open-circuit voltage. Wang et al. show that diammonium halide salts promote a homogeneous distribution of halides in the perovskite, improving the performance of single- and triple-junction solar cells.
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