Reducing sputter damage-induced recombination losses during deposition of the transparent front-electrode for monolithic perovskite/silicon tandem solar cells

串联 钙钛矿(结构) 光电子学 材料科学 溅射 能量转换效率 薄膜 纳米技术 化学 复合材料 结晶学
作者
Marlene Härtel,Bor Li,Silvia Mariotti,Philipp Wagner,Florian Ruske,Steve Albrecht,Bernd Szyszka
出处
期刊:Solar Energy Materials and Solar Cells [Elsevier]
卷期号:252: 112180-112180 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.solmat.2023.112180
摘要

Many research groups work on overcoming the 30% power conversion efficiency (PCE) level for perovskite/silicon tandem solar cells with various approaches. The most common tandem architectures employ a transparent conductive oxide (TCO) front electrode. Due to its fast deposition and up-scalability, sputter deposition is the preferred method for TCO deposition. The sensitive layers of perovskite solar cells are protected from sputter damage by a thermal atomic layer (ALD) deposited tin oxide (SnO2) buffer layer, which induces parasitic absorption. Here, we propose a method to reveal the impact of sputter damage on SnO2 buffer layer-free devices. By performing light intensity-dependent current density-voltage (J-V) measurements and thereby reconstructing the single-junction solar cell pseudo J-V characteristics, we could associate sputter damage with trap-assisted non-radiative recombination losses. Additionally, we demonstrate a simple method to minimize sputter damage to the perovskite solar cell to the point where a protective SnO2 buffer layer is no longer required. By lowering the sputter power density during the TCO deposition, we regained ∼13 mV open-circuit voltage and ∼3% fill factor of the devices, improving the efficiency from 13.55 to 14.17%. We show that these improvements are linked to a reduction of transport and non-radiative recombination losses. Finally, we fabricated optically superior and sputter damage-free monolithic perovskite/silicon tandem devices without needing a protective SnO2 buffer layer. By doing so, we increased the tandem device current density by 0.52 mA/cm2, representing a crucial step toward further optimizing the optical performance of tandem devices.
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