Monolithic all-perovskite tandem solar cells with 24.8% efficiency exploiting comproportionation to suppress Sn(ii) oxidation in precursor ink

串联 带隙 钙钛矿(结构) 材料科学 能量转换效率 光伏系统 化学工程 光电子学 纳米技术 复合材料 电气工程 冶金 工程类
作者
Renxing Lin,Ke Xiao,Zhengyuan Qin,Qiaolei Han,Chunfeng Zhang,Mingyang Wei,Makhsud I. Saidaminov,Yuan Gao,Jun Xu,Min Xiao,Aidong Li,Jia Zhu,Edward H. Sargent,Hairen Tan
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:4 (10): 864-873 被引量:1038
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0466-3
摘要

Combining wide-bandgap and narrow-bandgap perovskites to construct monolithic all-perovskite tandem solar cells offers avenues for continued increases in photovoltaic (PV) power conversion efficiencies (PCEs). However, actual efficiencies today are diminished by the subpar performance of narrow-bandgap subcells. Here we report a strategy to reduce Sn vacancies in mixed Pb–Sn narrow-bandgap perovskites that use metallic tin to reduce the Sn4+ (an oxidation product of Sn2+) to Sn2+ via a comproportionation reaction. We increase, thereby, the charge-carrier diffusion length in narrow-bandgap perovskites to 3 μm for the best materials. We obtain a PCE of 21.1% for 1.22-eV narrow-bandgap solar cells. We fabricate monolithic all-perovskite tandem cells with certified PCEs of 24.8% for small-area devices (0.049 cm2) and of 22.1% for large-area devices (1.05 cm2). The tandem cells retain 90% of their performance following 463 h of operation at the maximum power point under full 1-sun illumination. Improvements in the efficiency and stability of low-bandgap perovskite solar cells are key to enabling all-perovskite solar cells. Here, Lin et al. use metallic tin to prevent oxidation in such low-gap perovskite and demonstrate 24.8%-efficient tandems that are stable for over 400 h under operating conditions.
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