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 锡 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:1056
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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