To overcome the theoretical efficiency of single-junction solar cells (> 30 %), tandem solar cells (or multi-junction solar cells) is considered as a strong nominee because of their excellent light utilization. Organic-inorganic halide perovskite has been regarded as a promising candidate material for next-generation tandem solar cell due to not only their excellent optoelectronic properties but also their bandgap-tune-ability and low-temperature process-possibility. As a result, they have been adopted either as a wide-bandgap top cell combined with narrow-bandgap silicon or CuInxGa(1-x)Se2 bottom cells or for all-perovskite tandem solar cells using narrow- and wide-bandgap perovskites. To successfully transition perovskite materials from for single junction to tandem, substantial efforts need to focus on fabricating the high quality wide- and narrow-bandgap perovskite materials and semi-transparent electrode/recombination layer. In this paper, we present an overview of the current research and our outlook regarding perovskite-based tandem solar technology. Several key challenges discussed are: 1) a wide-bandgap perovskite for top-cell in multi-junction tandem solar cells; 2) a narrow-bandgap perovskite for bottom-cell in all-perovskite tandem solar cells, and 3) suitable semi-transparent conducting layer for efficient electrode or recombination layer in tandem solar cells.
Tin perovskite solar cells have attracted a lot of attention due to their potential to address the toxicity of lead, which is the biggest barrier to commercialization of perovskite solar cells. Unlike other lead-free perovskite, tin perovskite have a direct bandgap, which is suitable for use as light harvesting, and relatively good stability, which has led to a lot of attention. Since the first tin perovskite solar cell was reported in 2014, it has achieved an impressive power conversion efficiency of 14.81%. However, this efficiency is still low compared to that of lead perovskite solar cells, and the stability of tin perovskite solar cells is also an issue that needs to be addressed. In this review, we will discuss the basic properties of the tin atom in comparison to the lead atom, and then discuss the crystal structure, phase transition, and basic properties of tin perovskite. We will then discuss the advantages, applications, challenges, and strategies of tin perovskite, In particular, we will focus on how to prevent the oxidation of tin, which is arguably the biggest challenge for using tin perovskite solar cells. At the end, we summarize the key factors that need to be addressed for higher efficiency and stability, emphasizing what is needed to commercialize tin perovskite solar cells.
Ju, Yeonkyeong;Kim, Byeong Jo;Lee, Sang Myeong;Yoon, Jungjin;Jung, Hyun Suk
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.416-416
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2016
Organic-inorganic metal halide perovskite solar cells have received attention because it has a number of advantages with excellent light harvesting, high carrier mobility, and facile solution processability and also recorded recently power conversion efficiency (PCEs) of over 20%. The major issue on perovskite solar cells have been reached the limit of small area laboratory scale devices produced using fabrication techniques such as spin coating and physical vapor deposition which are incompatible with low-cost and large area fabrication of perovskite solar cells using printing and coating techniques. To solution these problems, we have investigated the feasibility of achieving fully printable perovskite solar cells by the blade-coating technique. The blade-coating fabrication has been widely used to fabricate organic solar cells (OSCs) and is proven to be a simple, environment-friendly, and low-cost method for the solution-processed photovoltaic. Moreover, the film morphology control in the blade-coating method is much easier than the spray coating and roll-to-roll printing; high-quality photoactive layers with controllable thickness can be performed by using a precisely polished blade with low surface roughness and coating gap control between blade and coating substrate[1]. In order to fabricate perovskite devices with good efficiency, one of the main factors in printed electronic processing is the fabrication of thin films with controlled morphology, high surface coverage and minimum pinholes for high performance, printed thin film perovskite solar cells. Charge dissociation efficiency, charge transport and diffusion length of charge species are dependent on the crystallinity of the film [2]. We fabricated the printed perovskite solar cells with large area and flexible by the bar-coating. The morphology of printed film could be closely related with the condition of the bar-coating technique such as coating speed, concentration and amount of solution, drying condition, and suitable film thickness was also studied by using the optical analysis with SEM. Electrical performance of printed devices is gives hysteresis and efficiency distribution.
c-Si solar cells currently account for more than 90% of the solar energy market. Research on tandem junction solar cells to overcome efficiency limitations is drawing attention at a time when new technologies are being developed to secure the price competitiveness of silicon solar cells. Among several candidate materials for silicon-based tandem solar cells, perovskite has recently been studied as it is suitable for the ease of process as well as for its properties as a tandem solar cell material. In this study, we want to review the research trends and technology limitations of 2-T Perovskite/SHJ tandem junction solar cells.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.469.2-469.2
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2014
All-solid-state solar cell based on Chloride doped organometallic halide perovskite, (CH3NH3)PbIxCl3-x, has achieved a highly power conversion efficiency (PCE) to over 15% [1] and further improvements are expected up to 20% [2]. In this way, solar cells using novel light absorbing perovskite material are actively being studied as a next generation solar cells. However, making solution-process require high temperature up to $500^{\circ}C$ to form compact hole blocking layer and sinter the mesoporous oxide scaffold layer. Because of this high temperature process, fabrication of flexible solar cells on plastic substrate is still troubleshooting. In this study, we fabricated highly efficient flexible perovskite solar cells with PCE in excess of 11%. Atomic layer deposition (ALD) is used to deposit dense $TiO_2$ as hole blocking layer on ITO/PEN substrate. The all fabrication process is done at low temperature below $150^{\circ}C$. This work shows that one of the important blueprint for commercial use of perovskite solar cells.
Jo, Jea Woong;Yoo, Yongseok;Jeong, Taehee;Ahn, SeJin;Ko, Min Jae
Electronic Materials Letters
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v.14
no.6
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pp.657-668
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2018
Organic-inorganic hybrid lead halide perovskites have been extensively investigated for various optoelectronic applications. Particularly, owing to their ability to form highly crystalline and homogeneous films utilizing low-temperature solution processes (< $150^{\circ}C$), perovskites have become promising photoactive materials for realizing high-performance flexible solar cells. However, the current use of mesoporous $TiO_2$ scaff olds, which require high-temperature sintering processes (> $400^{\circ}C$), has limited the fabrication of perovskite solar cells on flexible substrates. Therefore, the development of a low-temperature processable charge-transporting layer has emerged as an urgent task for achieving flexible perovskite solar cells. This review summarizes the recent progress in low-temperature processable electron- and hole-transporting layer materials, which contribute to improved device performance in flexible perovskite solar cells.
Recently, perovskite solar cells have shown tremendous improvement in power conversion efficiencies. Moreover, they have potential in semitransparent solar cell applications due to their high absorption coefficients. In order to fabricate semitransparent perovskite solar cells with good performance, it is essential to consider the suitability of transparent electrode materials in various aspects, such as transparency, conductivity and fabrication process. In this review, candidate materials for transparent electrodes in perovskite solar cells including carbon-based nanomaterials, conductive polymers and metallic nanostructures are discussed.
Metal halide perovskite materials are considered as promising semiconducting materials for next-generation solar cells due to their unique electrical and optical properties. Intensive progress in perovskite solar cell yielded a certified power conversion efficiency over 24%. However, most of highly efficient perovskite solar cells required Pb-based perovskite materials, which is a critical obstacle for their commercialization, and development of Pb-free perovskite materials is one of recent urgent issues in this field. In this paper, we will introduce recent research progress on Pb-free perovskite solar cells.
We fabricated 3 types of ETL, mp TiO2, ZnO, and ZnO coated on mp TiO2(ZMT) to compare the photoelectric conversion efficiency (PCE) and fill factor (FF) of Perovskite solar cells. The structure of the cells was FTO/ETL/Perovskite (CH3NH3PbI3)/spiro-MeOTAD/Ag. SEM morphology assessment of the ETLs showed that mp TiO2 was porous, ZnO was flat, and the ZMT porous surface was filled with a thin layer. Via XRD measurements, the crystal structures of mp TiO2 and ZnO ETL were found to be anatase and wurtzite, respectively. The XPS patterns showing energy bonding of mp TiO2, ZnO, and ZMT O 1s confirmed these materials to be metal oxides such as ETL. The electrical characteristics of the Perovskite solar cells were measured using a solar simulator. Perovskite solar cells with ZMT ETL showed showed PCE of 10.29 % than that of conventional mp TiO2 ETL devices. This was considered a result of preventing Perovskite from seeping into the ETL and preventing recombination of electrons and holes.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.1
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pp.73-77
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2021
Inorganic-organic hybrid perovskite solar cells have demonstrated considerable improvements, reaching 25.5% of certified power conversion efficiency in 2020 from 3.8% in 2009. In normal structured perovskite solar cells, TiO2 electron-transporting materials require heat treatment process at a high temperature over 450℃ to induce crystallinity. Inverted perovskite solar cells have also been studied to exclude the additional thermal process by using [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) as a non-oxide electron-transporting layer. However, the drawback of the PCBM layer is a charge accumulation at the interface between PCBM and a metal electrode. The impact of bathocuproin (BCP) buffer layer on photovoltaic performance has been investigated herein to solve the problem of PCBM. 2-mM BCP-modified perovskite solar cells were observed to exhibit a maximum efficiency of 12.03% compared with BCP-free counterparts (5.82%) due to the suppression of the charge accumulation at the PCBM-Au interface and the resulting reduction of the charge recombination between perovskite and the PCBM layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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