Enabling Flexible All-Perovskite Tandem Solar Cells

串联 钙钛矿(结构) 材料科学 纳米技术 工程物理 化学工程 复合材料 工程类
作者
Axel F. Palmstrom,Giles E. Eperon,Tomas Leijtens,Rohit Prasanna,Severin N. Habisreutinger,William Nemeth,E. Ashley Gaulding,Sean P. Dunfield,Matthew O. Reese,Sanjini U. Nanayakkara,Taylor Moot,Jérémie Werner,Jun Liu,Bobby To,Steven T. Christensen,Michael D. McGehee,Maikel F. A. M. van Hest,Joseph M. Luther,Joseph J. Berry,David T. Moore
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:3 (9): 2193-2204 被引量:419
标识
DOI:10.1016/j.joule.2019.05.009
摘要

Multijunction all-perovskite solar cells offer a route toward efficiencies of III-V materials at low cost by combining the advantages of low thermalization loss in multijunction architectures with the beneficial properties of perovskites—namely, low processing cost, high-throughput fabrication, and compatibility with flexible substrates. However, there are two main challenges for enabling high-efficiency tandems: (1) design of a recombination layer to efficiently combine two perovskite subcells while also preventing bottom cell damage during top cell processing and (2) achieving high open-circuit voltage of the wide-gap subcell. Herein, we overcome both of these challenges. First, we demonstrate a nucleation layer consisting of an ultra-thin polymer with nucleophilic hydroxyl and amine functional groups for nucleating a conformal, low-conductivity aluminum zinc oxide layer by atomic layer deposition (ALD). This method enables ALD-grown recombination layers that reduce shunting as well as solvent degradation from solution processing on top of existing perovskite active layers. Next, we demonstrate a band-gap tuning strategy based on A-site cations of mismatched size (dimethylammonium and cesium) to enable a 1.7 eV perovskite with high, stable voltages. By combining these advances, we fabricate two-terminal all-perovskite tandem solar cells with 23.1% power conversion efficiency on rigid substrates and 21.3% on flexible plastic substrates.
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