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Das von Wissenschaftlern unter der Leitung der National University of Singapore erzielte Ergebnis ist der höchste Wirkungsgrad, der bisher für eine Perowskit-Cis-Tandemsolarzelle auf Forschungsniveau gemessen wurde. Die Forscher verwendeten Methyldiammoniumdiiodid (MDADI), um den Leerlaufspannungsverlust in der oberen Perowskitzelle zu reduzieren.
Ein internationales Forschungsteam hat eine Tandem-Solarzelle (4T) mit vier Übergängen auf Basis von Perowskit- und Kupfer/Indium/Selen (CIS)-Dünnfilmen mit einem Energieumwandlungswirkungsgrad von bis zu 29,9 % hergestellt.
Die Wissenschaftler gaben an, dass sie Methyldiammoniumdiiodid (MDADI)-Halogenidsalz zur Passivierung von Oberflächendefekten verwendeten, was ihrer Meinung nach den Leerlaufspannungsverlust in der Perowskit-basierten oberen Zelle des Geräts reduzierte und gleichzeitig die Gesamteffizienz der Tandemzelle und die Durchlässigkeit im nahen Infrarot (NIR) verbesserte. .
Wissenschaftler ließen die obere Zelle durch einen mehrstufigen Co-Verdampfungsprozess wachsen. Das Gerät basiert auf einem Substrat aus Glas und Indiumzinnoxid (ITO), einer Lochtransferschicht (HTL) aus Nickel(II)-oxid (NiOx) und einem Perowskit-Absorber. Buckminsterfulleren (C60) Elektronentransferschicht (ETL), Zinnoxidschicht (SnOx), ITO-Schicht und Lithiumfluorid (LiF)-Zwischenschicht.
„Wir ändern dann die optischen Pfade innerhalb der halbtransparenten Frontzelle, um eine Kontrolle über das Interferenzspektrum zu erreichen“, erklärte das Team. „Durch die Anpassung der optischen Interferenz an das Strahlungsspektrum von AM 1,5 G erreicht die Front-End-Perowskitzelle eine hohe durchschnittliche NIR-Durchlässigkeit (ANT) von 81,5 % und einen Wirkungsgrad von 21,8 %.“
Die Wissenschaftler erklärten auch, dass ein mit MDADI behandelter Film ein viel höheres Quasi-Fermi-Aufspaltungsniveau (QFLS) erreichen kann als ein Film, der keiner Behandlung unterzogen wurde. „Das Diagramm der Pseudostromspannung (JV) zeigt, dass der mit MDADI behandelte Film eine implizite Leerlaufspannung von 1,29 V erreicht, während der unbehandelte Film nur 1,24 V erreicht, was einem Unterschied von etwa 50 mV entspricht.“
Diese obere Zelle wurde dann in einem Tandemgerät mit einer unteren Zelle kombiniert, die aus einem mit Molybdän (Mo) beschichteten Glassubstrat, einem CIS-Absorber und einer Isolierschicht aus Cadmiumsulfid (CdS) bestand. und eine durchlässige Schicht aus Zinkoxid (i-ZnO). Dieses Gerät hat einen Wirkungsgrad von 17,3 %, eine Leerlaufspannung von 0,60 V, eine Kurzschlussstromdichte von 39,7 mA/cm2 und einen Füllfaktor von 72,9 %.
Die Perowskit-CIS-Tandemzelle wurde unter Standardlichtbedingungen getestet und erreichte einen Wirkungsgrad von 29,9 %, was laut der Gruppe der höchste Wirkungsgrad ist, der jemals für eine Perowskit-CIS-Tandemsolarzelle in Forschungsqualität bisher gemessen wurde.
Wissenschaftler beschrieben das Gerät in der Studie als „Perowskit/CuInSe hat einen Wirkungsgrad von 29,9 % und ist wirtschaftlich rentabel2 Dünnschicht-Tandemsolarzellen„, das kürzlich in veröffentlicht wurde Jules. „Diese Ergebnisse verdeutlichen die enormen Möglichkeiten für alle dünnschichtbasierten Perowskit- und Cis-Tandemzellen in verschiedenen Anwendungen und ebnen den Weg für ihre Kommerzialisierung“, sagten sie. „Die Kombination aus überlegener Leistung und Kosteneffizienz macht es zu einer attraktiven Chance für die Solarindustrie.“
Zur Forschungsgruppe gehörten Wissenschaftler der National University of Singapore, der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) und des deutschen Forschungszentrums Jülich.
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