All-Perovskite Tandem Solar Cells: A Roadmap to Uniting High Efficiency with High Stability
Notice bibliographique
Résumé
Conspectus Organic–inorganic halide perovskite photovoltaics (PVs)─only a decade-old field─have reached impressive power conversion efficiencies (PCEs) and passed industrial stability requirements (IEC 61215:2016 Damp Heat and Humidity Freeze tests), solidifying their status among candidates for next generation PVs. Among the various perovskite PV technologies, all-perovskite tandem solar cells (PTSCs) are frontrunners for commercialization. PTSCs unite a narrow-bandgap (NBG; E g ≈ 1.2 eV) perovskite back cell with a wide-bandgap (WBG; E g ≈ 1.7–1.9 eV) perovskite front cell. Despite their nascency, PTSCs have achieved certified PCEs of 24.8% and 24.2% for small-area (0.049 cm 2 ) and large-area devices (1.041 cm 2 ), respectively. With further advances in materials development, PTSCs are capable of moving beyond the PCE limits of single-junction cells due to reduced thermalization losses and improved utilization of the solar spectrum. By contrast, the PCE of single-junction perovskite devices is already approaching its saturation level, which is already very close to the device’s Shockley–Queisser limit for a bandgap of around 1.55 eV. The tandem architecture, thus, provides the most viable path forward to further exploiting the potential of perovskite solar cells. However, PTSC technology faces a set of challenges distinct from those in perovskite single-junction devices because (i) NBG perovskites─typically achieved by Pb–Sn alloying─are prone to oxidation (Sn 2+ to Sn 4+ ), which results in a high density of Sn vacancies that degrade the optoelectronic performance of NBG perovskite films, (ii) practically complete photon absorption and charge extraction require thick, NBG perovskite films having long carrier diffusion lengths, and (iii) WBG perovskites with high Br/(I + Br) ratio experience large voltage losses and inferior light stability due to surface trap states and phase segregation. In this Account, we discuss how to manage these considerations and maximize the power output in PTSCs via light management. We then review strategies, including composition- and additive-engineering, defect passivation, and matching charge transport layers, for enhancing the carrier diffusion length of NBG perovskite cells and mitigating voltage losses in WBG perovskite cells. We also summarize the advances made in the fabrication of PTSCs on the device level, especially the evolution of tunnel recombination junctions and tandem device architectures. Finally, we highlight further research efforts needed to overcome roadblocks to commercialization (e.g., improving the environmental, thermal, and operating stability of these devices) and offer our perspective on the future development of this rapidly advancing field.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,005 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,012 | 0,006 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».