Revealing key factors of efficient narrow-bandgap mixed lead-tin perovskite solar cells via numerical simulations and experiments

材料科学 钙钛矿(结构) 带隙 光电子学 能量转换效率 串联 纳米技术 结晶学 复合材料 化学 冶金
作者
Wenjun Zhang,Lishuai Huang,Wenwen Zheng,Shun Zhou,Xuzhi Hu,Jin Zhou,Jiashuai Li,Jiwei Liang,Weijun Ke,Guojia Fang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:96: 107078-107078 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107078
摘要

Mixed lead and tin (Pb-Sn) halide perovskites promise high-performance solar cells because of their narrow bandgaps and other outstanding essential properties. However, there is still a big gap between the performance of the practical devices and theoretical limitations. Here we investigate key factors for realizing high-performance narrow-bandgap Pb-Sn perovskite solar cells (PSCs) via numerical simulations. We first study the effects of extrinsic factors on device performance, which predicts that a p-i-n structure along with appropriate charge transport layers is superior to an n-i-p structure, benefiting from a better energy band alignment. We further investigate key intrinsic factors and demonstrate that surface defect density, body defect density, and film thickness of perovskite absorbers play a pivotal role in determining device performance. The simulation results imply that narrow-bandgap Pb-Sn PSCs with fully-powered optimization should be able to realize a power conversion efficiency of 28.56%. Motivated by the simulations, we also successfully fabricate efficient narrow-bandgap Pb-Sn single-junction and 4-terminal all-perovskite tandem PSCs, which deliver high efficiencies of 21.01% and 26.01% measured under reverse voltage scans, respectively. This work points the way toward the improvement of narrow-bandgap Pb-Sn PSCs in the future.
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