Published April 16, 2022 | Version v1
Publication Open

Employing 2D‐Perovskite as an Electron Blocking Layer in Highly Efficient (18.5%) Perovskite Solar Cells with Printable Low Temperature Carbon Electrode

Creators

  • 1. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems
  • 2. Fraunhofer Society
  • 3. Abdelmalek Essaâdi University
  • 4. École Polytechnique Fédérale de Lausanne
  • 5. University of Freiburg
  • 6. Korea Basic Science Institute

Description

Abstract Interface engineering and passivating contacts are key enablers to reach the highest efficiencies in photovoltaic devices. While printed carbon–graphite back electrodes for hole‐transporting material (HTM)‐free perovskite solar cells (PSCs) are appealing for fast commercialization of PSCs due to low processing costs and extraordinary stability, this device architecture so far suffers from severe performance losses at the back electrode interface. Herein, a 2D perovskite passivation layer as an electron blocking layer (EBL) at this interface to substantially reduce interfacial recombination losses is introduced. The formation of the 2D perovskite EBL is confirmed through X‐ray diffraction, photoemission spectroscopy, and an advanced spectrally resolved photoluminescence microscopy mapping technique. Reduced losses that lead to an enhanced fill factor and V OC are quantified by electrochemical impedance spectroscopy and J SC – V OC measurements. This enables reaching one of the highest reported efficiencies of 18.5% for HTM‐free PSCs using 2D perovskite as an EBL with a significantly improved device stability.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد هندسة الواجهة المجردة وملامسات التخميل من عوامل التمكين الرئيسية للوصول إلى أعلى الكفاءات في الأجهزة الكهروضوئية. في حين أن أقطاب الكربون الجرافيت الخلفية المطبوعة لخلايا البيروفسكايت الشمسية الخالية من الثقوب (HTM) (PSCs) جذابة للتسويق السريع لخلايا البيروفسكايت الشمسية الخالية من الثقوب (PSCs) بسبب انخفاض تكاليف المعالجة والاستقرار الاستثنائي، فإن بنية الجهاز هذه تعاني حتى الآن من خسائر شديدة في الأداء في واجهة القطب الخلفي. هنا، يتم إدخال طبقة تخميل بيروفسكايت ثنائية الأبعاد كطبقة حجب الإلكترون (EBL) في هذه الواجهة لتقليل خسائر إعادة التركيب البيني بشكل كبير. يتم تأكيد تكوين EBL بيروفسكايت ثنائي الأبعاد من خلال حيود الأشعة السينية، والتحليل الطيفي للانبعاثات الضوئية، وتقنية رسم الخرائط المجهرية الضوئية المتقدمة التي تم حلها طيفيًا. يتم قياس الخسائر المنخفضة التي تؤدي إلى عامل تعبئة محسن و V OC بواسطة مطياف المعاوقة الكهروكيميائية وقياسات J SC – V OC. وهذا يتيح الوصول إلى واحدة من أعلى الكفاءات المبلغ عنها بنسبة 18.5 ٪ لـ PSCs الخالية من HTM باستخدام بيروفسكايت ثنائي الأبعاد كـ EBL مع استقرار جهاز محسن بشكل كبير.

Translated Description (French)

L'ingénierie des interfaces abstraites et la passivation des contacts sont des catalyseurs clés pour atteindre les plus hautes efficacités dans les dispositifs photovoltaïques. Alors que les électrodes arrière en carbone-graphite imprimées pour les cellules solaires à pérovskite (PSC) sans matériau de transport de trous (HTM) sont attrayantes pour une commercialisation rapide des PSC en raison de faibles coûts de traitement et d'une stabilité extraordinaire, cette architecture de dispositif souffre jusqu'à présent de graves pertes de performances à l'interface de l'électrode arrière. Ici, une couche de passivation de pérovskite 2D en tant que couche de blocage d'électrons (EBL) à cette interface pour réduire considérablement les pertes de recombinaison interfaciale est introduite. La formation de l'EBL de pérovskite 2D est confirmée par diffraction des rayons X, spectroscopie de photoémission et une technique avancée de cartographie par microscopie à photoluminescence à résolution spectrale. Les pertes réduites qui conduisent à un facteur de remplissage amélioré et V OC sont quantifiées par spectroscopie d'impédance électrochimique et mesures J SC – V OC. Cela permet d'atteindre l'une des efficacités les plus élevées signalées de 18,5 % pour les CSP sans HTM utilisant la pérovskite 2D comme EBL avec une stabilité du dispositif considérablement améliorée.

Translated Description (Spanish)

Resumen La ingeniería de interfaces y la pasivación de los contactos son factores clave para alcanzar las mayores eficiencias en los dispositivos fotovoltaicos. Si bien los electrodos posteriores de carbono-grafito impresos para células solares de perovskita (PSC) sin material de transporte de huecos (HTM) son atractivos para la rápida comercialización de PSC debido a los bajos costos de procesamiento y la extraordinaria estabilidad, esta arquitectura de dispositivo hasta ahora sufre graves pérdidas de rendimiento en la interfaz del electrodo posterior. En la presente, se introduce una capa de pasivación de perovskita 2D como capa de bloqueo de electrones (EBL) en esta interfaz para reducir sustancialmente las pérdidas por recombinación interfacial. La formación de la EBL de perovskita 2D se confirma mediante difracción derayos X, espectroscopía de fotoemisión y una técnica avanzada de mapeo de microscopía de fotoluminiscencia espectralmente resuelta. Las pérdidas reducidas que conducen a un factor de llenado mejorado y VOC se cuantifican mediante espectroscopía de impedancia electroquímica y mediciones JSC – VOC. Esto permite alcanzar una de las eficiencias más altas informadas del 18,5% para PSC sin HTM que utilizan perovskita 2D como EBL con una estabilidad del dispositivo significativamente mejorada.

Files

aenm.202200837.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:beca3764f9733a4b79b3b0fff7a46445
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
توظيف البيروفسكايت ثنائيالأبعاد كطبقة مانعة للإلكترون في خلايا البيروفسكايت الشمسية عالية الكفاءة (18.5 ٪) مع قطب كربون قابل للطباعة بدرجة حرارة منخفضة
Translated title (French)
Utilisation de la pérovskite 2D comme couche de blocage d'électrons dans des cellules solaires à pérovskite hautement efficaces (18,5 %) avec électrode de carbone imprimable à basse température
Translated title (Spanish)
Emplear perovskita 2D como capa de bloqueo de electrones en células solares de perovskita altamente eficientes (18,5%) con electrodo de carbono imprimible a baja temperatura

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4223935526
DOI
10.1002/aenm.202200837

Is supplement to
https://openalex.org/W957405543 (Other)
https://openalex.org/W81629128 (Other)
https://openalex.org/W2949086270 (Other)
https://openalex.org/W2893117232 (Other)
https://openalex.org/W2392183253 (Other)
https://openalex.org/W2368982584 (Other)
https://openalex.org/W2326159057 (Other)
https://openalex.org/W2100154643 (Other)
https://openalex.org/W1979157137 (Other)
https://openalex.org/W1965743066 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1543655293
  • https://openalex.org/W2056898954
  • https://openalex.org/W2057327293
  • https://openalex.org/W2144574847
  • https://openalex.org/W2169328609
  • https://openalex.org/W2229814172
  • https://openalex.org/W2398920238
  • https://openalex.org/W2589871524
  • https://openalex.org/W2617869307
  • https://openalex.org/W2766893133
  • https://openalex.org/W2781788123
  • https://openalex.org/W2791826156
  • https://openalex.org/W2804293993
  • https://openalex.org/W2888115472
  • https://openalex.org/W2904420644
  • https://openalex.org/W2921486561
  • https://openalex.org/W2934047558
  • https://openalex.org/W2943365467
  • https://openalex.org/W2948992934
  • https://openalex.org/W2955729618
  • https://openalex.org/W2976765416
  • https://openalex.org/W3005897128
  • https://openalex.org/W3009440253
  • https://openalex.org/W3011494759
  • https://openalex.org/W3064646198
  • https://openalex.org/W3080891749
  • https://openalex.org/W3084278585
  • https://openalex.org/W3087547257
  • https://openalex.org/W3088739094
  • https://openalex.org/W3090700727
  • https://openalex.org/W3099061534
  • https://openalex.org/W3145310906
  • https://openalex.org/W3175489210
  • https://openalex.org/W3176306838
  • https://openalex.org/W3206706103
  • https://openalex.org/W3207095334
  • https://openalex.org/W3212472763
  • https://openalex.org/W4200417929
  • https://openalex.org/W4206070783