Ein kurzer Fortschrittsbericht zu hocheffizienten Perowskit-Solarzellen

Einführung

Etwa 85 % des weltweiten Energiebedarfs werden derzeit durch erschöpfbare fossile Brennstoffe gedeckt, die schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt haben. Darüber hinaus wird sich der weltweite Energiebedarf bis 2050 voraussichtlich verdoppeln [1].

Daher wird der Ausbau erneuerbarer Energien, wie Windenergie, Wasserenergie und Solarenergie, zu einer unmittelbaren Notwendigkeit. Die erneuerbare Energieerzeugungskapazität wird 2014 auf 128 GW geschätzt, davon 37 % Windkraft, fast ein Drittel Solarenergie und mehr als ein Viertel aus Wasserkraft (Abb. 1 a). Dies entsprach mehr als 45 % des weltweiten Ausbaus der Stromerzeugungskapazität im Jahr 2014, was dem allgemeinen Aufwärtstrend der letzten Jahre entspricht.

a Globaler Zubau erneuerbarer Stromkapazitäten nach Art und Anteil am Gesamtkapazitätszubau [60]. b Rasche PCE-Entwicklung von Perowskit-Solarzellen von 2009 bis 2016

Aufgrund des Überflusses, der geringen Kosten und der Umweltfreundlichkeit zieht Solarenergie weltweit immer mehr Aufmerksamkeit auf sich, was die rasante Entwicklung der Solarzellenforschung in den letzten Jahren ermöglicht.

Generell teilt eine gängige Klassifikation die verschiedenen PV-Technologien (sowohl im kommerziellen als auch im F&E-Stadium) in drei Generationen ein [2]:erste Generation, G1:Wafer-basiert; hauptsächlich Mono-c-Si und mc-Si; zweite Generation, G2:Dünnschicht; a-Si, CdTe, CIGS, CuGaSe; dritte Generation, G3:Multi-Junction und organische Photovoltaik (OPV), farbstoffsensibilisierte Solarzellen (DSSCs) und Solarzellen basierend auf Quantenpunkten sowie anderen Nanomaterialien.

Die Entwicklung der Solarzellen der dritten Generation führte zu einer Vielzahl von Solarzellen, wie Si-Solarzellen, III-V-Solarzellen, Perowskit-Solarzellen (PSCs), Dünnschichtsolarzellen, Farbstoffsolarzellen und organische Solarzellen Zellen. Praktische, kostengünstige und hocheffiziente Solarzellen der dritten Generation müssen jedoch noch demonstriert werden. Si-Solarzellen sind gut entwickelt und ausgereift, aber es gibt wenig Raum für weitere Verbesserungen [3–6]. III–V-Solarzellen haben einen sehr hohen Wirkungsgrad; seine Schwäche sind jedoch die hohen Kosten, die seine Anwendungsmöglichkeiten einschränkt [7–9]. Quantenpunktsolarzellen haben wegen ihrer geringen Kosten und ihrer hohen Effizienz große Aufmerksamkeit erregt, aber die effizientesten Geräte wurden mit den giftigen Schwermetallen Cd oder Pb hergestellt [10–12]. Halogenid-Perowskite haben sich in letzter Zeit als vielversprechende Materialien für kostengünstige, hocheffiziente Solarzellen erwiesen. Da die Perowskit-Solarzellentechnologie immer ausgereifter wird, ist der Wirkungsgrad von Perowskit-basierten Solarzellen rapide gestiegen, von 3,8 % im Jahr 2009 auf 22,1 % im Jahr 2016 [13–16]. Die Stabilitätsprobleme erfordern jedoch noch weitere Studien.

Um einen aktuellen Überblick über das Gebiet zu geben, gibt dieser Aufsatz einen Überblick über die jüngste Entwicklung hocheffizienter PSCs. Dieser Bericht stellt kurz die Geschichte der PSCs vor und konzentriert sich dann auf die wichtigsten Fortschritte, die bei hocheffizienten Perowskit-Solarzellen erzielt wurden. Neuere Bemühungen zur Stabilität von Perowskit-Solarzellen werden ebenfalls diskutiert. Am Ende des Berichts geben wir auch eine kurze Einführung in das Interface Engineering.

Prinzip und Geschichte von Perowskit-SCs

PSCs haben sich in letzter Zeit aufgrund ihrer geringen Herstellungskosten und ihrer hohen Umwandlungseffizienz zu einem der Hotspots in der Solarzellenforschung entwickelt. Und es wird aufgrund seiner Überlegenheit (im Vergleich zu anderen Materialien) als ein großes potenzielles Material angesehen, das Perowskit bei der endgültigen Aneignung des herrschenden Zellmaterials unterstützen kann.

Inspiriert vom Prinzip der Photosynthese berichteten O’Regan und Gratzel 1991 über eine bahnbrechende Solarzellenkonstruktion namens farbstoffsensibilisierte Solarzelle, die die Sonnenenergie mit einem Wirkungsgrad von etwa 7% in elektrische Energie umwandeln kann [17]. Mit zahlreichen Vorteilen wie reichlich Rohstoffen, einfacher Verarbeitung und geringen Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen wurden diese neuartigen Solarzellen schnell nach ihrem Aufkommen in der Öffentlichkeit untersucht. Und es ist diese Arbeit, die die Entstehung von PSCs inspirierte, einem DSSC mit Perowskit-Verbindungen.

Perowskit bezieht sich ursprünglich auf eine Art keramischer Oxide mit der allgemeinen Summenformel ABY₃ 1839 vom deutschen Mineralogen Gustav Rose entdeckt. Es wurde „Perowskit“ genannt, weil es ein Calciumtitanat (CaTiO₃ ) Verbindungen existiert in Calcium-Titan-Erz [18]. Die Kristallstruktur eines Perowskits ist in Abb. 2 a gezeigt. Im Jahr 2009 wurden Perowskit-strukturierte Materialien von Miyasaka und seinen Kollegen erstmals in Solarzellen verwendet. Sie ersetzten das Farbstoffpigment in DSSCs kreativ durch zwei organisch-anorganische Hybridperowskite auf Halogenidbasis, CH₃ NH₃ PbBr₃ und CH₃ NH₃ PbI₃ . Und schließlich erreichten sie einen relativ geringen Leistungsumwandlungswirkungsgrad (PCE) von 3,13 bzw. 3,81% [13].

a Kristallstruktur eines Perowskits [22]. b Schematische Darstellung des allgemeinen Geräts [23]. c Rasterelektronenmikroskopische (REM) Querschnittsaufnahmen einer meso-überstrukturierten Perowskit-Solarzelle (Maßstab ist 500 nm) [22]. d Querschnitts-REM-Aufnahmen einer normalen planaren Perowskit-Solarzelle mit HTL und ETL [22]

Die Arbeit fand jedoch aufgrund der geringen Effizienz und der geringen Stabilität, die aus einer Lochtransportschicht (HTL) mit flüssigem Elektrolyt resultierten, nicht viel Aufmerksamkeit.

Ein evolutionärer Sprung geschah dann im Jahr 2012, als Kim, Gratzel und Park et al. [14] verwendeten Perowskit-Absorber als primäre photoaktive Schicht, um meso-überstrukturierte Festkörper-PSCs herzustellen. Spiro-MeOTAD und mp-TiO₂ wurden in ihrer Arbeit als Lochtransport- bzw. Elektronentransportmaterialien (HTM/ETM) verwendet und führten zu einer relativ hohen Effizienz von 9,7% für die erste beschriebene mesoskopische Festkörper-Heterojunction-Solarzelle auf Perowskitbasis.

Nach diesem Durchbruch wurde die Untersuchung von PSCs in den folgenden Jahren allmählich in der Photovoltaik (PV)-Forschung heiß. Schließlich wurde die Effizienz von PSCs Anfang 2016 auf 22,1 % gesteigert [1]. Da die maximale theoretische PCE der PSCs mit CH₃ NH₃ PbI_3−x Cl _x 31,4% ist noch genügend Raum für Entwicklung [19].

Abbildung 2 b zeigt die allgemeine Konfiguration von PSCs, die normalerweise ein zinndotiertes Indiumoxid (ITO)/Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO)-Substrat, eine Metallelektrode, eine photoaktive Perowskitschicht sowie die notwendigen Ladungstransportschichten (d. h. eine Lochtransportschicht (HTL) [20] und eine Elektronentransportschicht (ETL) [21]) [22, 23]. Abbildung 2 c, d zeigt zwei Hauptarchitekturen von Bauelementen:meso-superstrukturierte Perowskit-Solarzellen (MPSCs) [24], die eine mesoporöse Schicht enthalten, und planare Perowskit-Solarzellen (PPSCs), bei denen alle Schichten planar sind [25].

Das Funktionsprinzip dieser PSCs lässt sich kurz wie folgt zusammenfassen:Die Perowskitschicht absorbiert das einfallende Licht und erzeugt Elektronen und Löcher, die von ETMs bzw. HTMs extrahiert und transportiert werden. Diese Ladungsträger werden schließlich von Elektroden gesammelt, die PSCs bilden [23].

Hocheffiziente Perowskit-Solarzellen

Intramolekularer Austausch

Im Juni 2015 berichten Woon Seok Yang und seine Kollegen über einen Ansatz zur Hinterlegung von hochwertigem FAPbI₃ Filme, mit denen sie FAPbI₃ hergestellt haben PSCs mit einem PCE von 20,1 % unter AM 1,5 G Vollsonnenbeleuchtung [26].

Auf dem Weg zur Effizienzsteigerung von Solarzellen ist die Abscheidung dichter und gleichmäßiger Schichten entscheidend für die optoelektronischen Eigenschaften von Perowskitschichten und ein wichtiges Forschungsthema hocheffizienter PSCs. Woon Seok Yang und seine Kollegen berichten über einen Ansatz zur Hinterlegung von hochwertigem FAPbI₃ Filme mit FAPbI₃ Kristallisation durch direkten intramolekularen Austausch von in PbI₂ eingelagerten Dimethylsulfoxid (DMSO)-Molekülen mit Formamidiniumiodid (Abb. 3). Dieser Prozess erzeugt FAPbI₃ Filme mit (111)-bevorzugter kristallographischer Orientierung, großkörnigen, dichten Mikrostrukturen und ebenen Oberflächen ohne Rest-PbI₂ . Unter Verwendung von mit dieser Technik hergestellten Filmen stellten sie FAPbI₃ . her -basierte PSCs mit einem maximalen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von mehr als 20 %.

PbI₂ Komplexbildung und Röntgenbeugung. a Schemata von FAPbI₃ Perowskit-Kristallisation unter Beteiligung des direkten intramolekularen Austauschs von DMSO-Molekülen, die in PbI₂ . interkaliert sind mit Formamidiniumjodid (FAI). Die DMSO-Moleküle sind zwischen kantenverknüpften [PbI₆ ] Oktaederschichten. b Histogramm der Solarzellenwirkungsgrade für jeweils 66 FAPbI₃ -basierte Zellen, hergestellt durch IEP und konventionelle Verfahren [26]

Cäsiumhaltige Dreifachkationen-Perowskit-Solarzellen

Durch die Zugabe von anorganischem Cäsium zu Dreifachkationen-Perowskit-Zusammensetzungen demonstrierten Michael Saliba und seine Kollegen eine Perowskit-Solarzelle, die nicht nur höhere PCEs von 21,1% besitzt, sondern auch stabiler ist, weniger Phasenverunreinigungen enthält und weniger empfindlich gegenüber Verarbeitungsbedingungen ist [27, 28].

Sie untersuchten Dreifachkationen-Perowskite der Gattungsform „ Cs _x (MA_0,17 FA_0,83 )_{(100−x )} Pb(I_0,83 Br_0,17 )₃ “, was zeigt, dass die Verwendung aller drei Kationen, Cs, MA und FA, zusätzliche Vielseitigkeit bei der Feinabstimmung hochwertiger Perowskitfilme bietet (Abb. 4). Sie ergaben nach 250 h unter Betriebsbedingungen stabilisierte PCEs von über 21 und 18%. Darüber hinaus sind die Dreifachkationen-Perowskitfilme thermisch stabiler und werden weniger von schwankenden Umgebungsvariablen wie Temperatur, Lösungsmitteldämpfen oder Heizprotokollen beeinflusst. Diese Robustheit ist wichtig für die Reproduzierbarkeit, die eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine kosteneffiziente Massenproduktion von PSCs ist.

SEM-Querschnittsbilder von a Cs₀ M, b Cs₅ M und c Cs5M-Geräte mit geringer Vergrößerung [27]

Graded Bandgap Perowskit-Solarzellen

Am 7. November 2016 berichteten Wissenschaftler der University of California, Berkeley, und des Lawrence Berkeley National Laboratory über ein neues Design, das bereits eine durchschnittliche Steady-State-Effizienz von 18,4 % bei einer Höhe von 21,7 % und einer Spitzeneffizienz von 26 % erreichte [29 –31]. Sie verwenden eine einatomige dicke Schicht aus hexagonalem Bornitrid, um zwei Materialien zu einer Tandem-Solarzelle zu kombinieren und schließlich einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die Zusammensetzungen der Perowskitmaterialien sind sowohl die organischen Moleküle Methyl als auch Ammoniak, wobei das eine die Metalle Zinn und Jod enthält, während das andere Blei und mit Brom dotiertes Jod enthält. Ersteres ist so abgestimmt, dass es vorzugsweise Licht mit einer Energie von 1 eV absorbiert – Infrarot- oder Wärmeenergie –, während letzteres Photonen mit einer Energie von 2 eV oder einer Bernsteinfarbe absorbiert. Vor diesem Versuch war die Verschmelzung zweier Perowskit-Materialien gescheitert, weil sich die Materialien gegenseitig in ihrer elektronischen Leistungsfähigkeit verschlechtern. Dieser neue Weg, zwei Perowskit-Solarzellenmaterialien zu einer Solarzelle mit „graded bandgap“ zu kombinieren, zeigte spannende Ergebnisse. Die Solarzelle absorbiert nahezu das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts. Dies ist sehr vorteilhaft, um die Effizienz zu verbessern. Die Struktur ist in Abb. 5 dargestellt. Sie fanden heraus, dass frisch belichtete Zellen tendenziell einen höheren PCE aufweisen als Zellen, die länger als ein paar Minuten belichtet wurden. Zum Beispiel beträgt die PCE für eine gegebene Perowskitzelle mit abgestufter Bandlücke in den ersten 2 min der Beleuchtung zwischen 25 und 26%, während die Zelle nach ungefähr 5 min einen „stationären Zustand“ mit einer stabilen PCE von 20,8% erreicht. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass Solarzellen auf Perowskitbasis zeitabhängige Leistungsmerkmale aufweisen. Die Messung von 40 Perowskit-Zellen mit abgestufter Bandlücke zeigte, dass der durchschnittliche stationäre PCE über alle Geräte 18,4 % beträgt, während die Zelle mit der besten abgestuften Bandlücke im stationären Zustand einen PCE von 21,7 % aufwies.

Schematische Querschnitts- und REM-Aufnahmen einer Perowskit-Zelle mit integriertem Monolayer-h-BN und Graphen-Aerogel. a Schema einer Perowskit-Solarzelle mit abgestufter Bandlücke. Galliumnitrid (GaN), einschichtiges hexagonales Bornitrid (h-BN) und Graphen-Aerogel (GA) sind Schlüsselkomponenten der hocheffizienten Zellarchitektur. b SEM-Querschnittsbild einer repräsentativen Perowskit-Vorrichtung. Die Trennung zwischen Perowskitschichten und der Monoschicht h-BN ist in dieser REM-Aufnahme nicht sichtbar. Die gestrichelten Linien geben die ungefähre Lage der Perowskitschichten und der Monoschicht h-BN als Orientierungshilfe für das Auge an. Die Lage der Perowskitschichten und der Monoschicht h-BN wird aus der zugehörigen EDAX-Analyse extrahiert. Dicke des CH₃ NH₃ SnI₃ Schicht ist 150 nm und die des CH₃ NH_3PbI_3−x Br _x beträgt 300 nm. Skalierungsleiste , 200 nm [29]

Stabilität von Perowskit-Solarzellen

In den letzten Jahren wurde die Rekordeffizienz von PSCs von 9,7 auf 22,1 % aktualisiert. Die schlechte langfristige Gerätestabilität von PSCs ist jedoch immer noch eine große verbleibende Herausforderung für PSCs, die darüber entscheiden, ob spannende Errungenschaften aus dem Labor auf die Industrie und Außenanwendungen übertragen werden können. Daher ist die langfristige Stabilität ein Thema, das für PSCs dringend angegangen werden muss. Eine ganze Reihe von Personen hat Interesse am Thema Stabilität gezeigt und richtungsweisende Meinungen zur Verbesserung der Stabilität abgegeben [32–44].

Mehrere Berichte haben gezeigt, dass Feuchtigkeit und Sauerstoff, UV-Licht, Lösungsverarbeitung und thermischer Stress vier Schlüsselfaktoren sind, die die Stabilität von PSCs beeinflussen. Beobachtete (manchmal schnelle) Degradation tritt auf, wenn Geräte diesen Umweltfaktoren ausgesetzt sind [22, 32, 45, 46].

Guangda Niu und seine Kollegen [32] äußerten ihre Ansicht, dass viele Faktoren berücksichtigt werden sollten, um die Stabilität von PSCs zu modulieren, einschließlich der Zusammensetzung und des Kristallstrukturdesigns des Perowskits; die Herstellung der HTM-Schicht und der Elektrodenmaterialien; das Dünnfilm-Herstellungsverfahren, Grenzflächentechnik und Verkapselungsverfahren (Mehrschichtverkapselung oder Helmverkapselung); und die Modultechnik. Ihre Arbeit bestätigte, dass Sauerstoff zusammen mit Feuchtigkeit zum irreversiblen Abbau von CH₃ . führen kann NH₃ PbI₃ die immer als Sensibilisatoren in PSCs eingesetzt werden. Sie setzen TiO₂ . frei /CH₃ NH₃ PbI₃ Film an Luft mit einer Luftfeuchtigkeit von 60% bei 35 °C für 18 h, und dann nahm die Absorption zwischen 530 und 800 nm stark ab (Abb. 6 d).

a Vorgeschlagener Abbauweg von CH₃ NH₃ PbI₃ in Gegenwart eines Wassermoleküls. Das Hauptprodukt dieses Weges ist PbI₂ [48]. b Normalisierte Absorptionsmessungen (aufgenommen bei 410 nm) für CH₃ NH₃ PbI₃ Filme, die unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt waren [49]. c PDS-Spektren für CH₃ NH₃ PbI₃ Filme vor (Ausgangszustand) und nach Exposition gegenüber einer relativen Luftfeuchtigkeit im Bereich von 30–40% für verschiedene Zeiten. Dies deutet eindeutig auf eine signifikante Abnahme der Absorption im Bereich von 1,5–2,5 eV nach Feuchtebelastung hin [1]. d Abbau von CH₃ NH₃ PbI₃ in Feuchtigkeit und Luftatmosphäre. UV-Vis-Absorptionsspektren von TiO₂ /CH₃ NH₃ PbI₃ Film vor und nach dem Abbau. Der Einschub ist ein Foto von CH3NH3I, das verschiedenen Bedingungen ausgesetzt war:(1) CH₃ NH₃ Ich habe Argon und ohne UV-Strahlung ausgesetzt; (2) CH₃ NH₃ Ich habe Argon und UV-Strahlung ausgesetzt; (3) CH₃ NH₃ Ich habe Luft und UV-Strahlung ausgesetzt; und (4) CH₃ NH₃ Ich habe Luft und ohne UV-Strahlung ausgesetzt [32]

Insbesondere die Luftfeuchtigkeit ist ein unverzichtbarer Faktor, wenn eine experimentelle Untersuchung zum Thema Stabilität durchgeführt wird.

Arbeit unter der Leitung von Kwon et al. zeigt, dass die hygroskopische Natur von Aminsalzen auf den Ursprung der Feuchtigkeitsinstabilität zurückzuführen ist [47]. Abbildung 6 a zeigt den wahrscheinlichen Prozess von CH₃ NH₃ PbI₃ Zersetzung, die von Frost et al. [48]. Der Prozess zeigt, dass HI und MA in Wasser löslich sind, was direkt zu einem irreversiblen Abbau der Perowskitschicht führt.

Yanget al. untersuchten diesen Abbauprozess, indem sie In-situ-Absorptions- und Röntgenbeugungsmessungen unter streifendem Einfall (GIXRD) durchführten [49]. Um einen gültigen Kontrast beim Abbau zu erzielen, kontrollieren sie sorgfältig die relative Feuchtigkeit (RH), bei der die Filme gemessen wurden. Abbildung 6 b zeigt ihr Forschungsergebnis zum Einfluss von RH auf die Filmdegradation. Die Absorption reduzierte sich in nur 4 Stunden auf die Hälfte ihres ursprünglichen Wertes für den Fall von 98% RH, während dies eine Extrapolation der Abbaukurve von 10.000 Stunden für eine niedrige RH von 20% erfordern würde. Das Ergebnis zeigt erwartungsgemäß, dass höhere RH-Werte eine schnellere Verringerung der Filmabsorption bewirken als eine niedrige RH. Darüber hinaus zeigt ein weiteres Experiment, dass verschiedene Trägergase, N₂ oder Luft führte zu keiner signifikanten Änderung der Verschlechterung der Absorption, was darauf hindeutet, dass die Hauptursache für die Verschlechterung des Perowskitfilms unter normaler Atmosphäre das Vorhandensein von Feuchtigkeit ist.

2014 haben De Wolf et al. nutzte eine andere leistungsstarke Technik, die photothermische Ablenkungsspektroskopie (PDS), um die feuchtigkeitsinduzierte Zersetzung von CH₃ . zu messen NH₃ PbI₃ [50]. Sie haben die PDS-Spektren von CH₃ . gemessen NH₃ PbI₃ Schichten nach Einwirkung von Umgebungsluft mit 30–40 % relativer Luftfeuchtigkeit während 1 bzw. 20 h. Abbildung 6 c zeigt, dass die Absorption zwischen Photonenenergien von 1.5 und 2.5 eV nach 20-stündiger Luftfeuchtigkeit um zwei Größenordnungen abfällt. Darüber hinaus verschiebt sich die Absorptionskante, die im Anfangszustand bei 1,57 eV auftritt, auf 2,3 eV, eine Energie, die der Bandlücke von PbI₂ . entspricht [51], die darauf hinweisen, dass CH₃ NH₃ PbI₃ kann sich in PbI₂ zersetzen in feuchter Umgebung aufgrund der Auflösung von ungeordnetem CH₃ NH₃ Ich [35, 52].

In den letzten Jahren werden viele Methoden zur Stabilitätsverbesserung von PSCs erforscht. Xin Wanget al. erfolgreich ein einfaches lösungsverarbeitetes CeO _{x . entwickelt} (x =1,87) ETL bei niedriger Temperatur. Laut ihrer Arbeit ist CeO _x -basierte Geräte weisen im Vergleich zu TiO₂ . eine überlegene Stabilität unter Lichteinwirkung auf -basierte PSCs [53]. Zhiping Wang et al. präsentierte die erste Langzeit-Stabilitätsstudie der neuen „Mixed-Cation-Mixed-Halid“-Perowskit-Zusammensetzung FA_0.83 Cs_0,17 Pb(I_0,6 Br_0,4 )₃ (FA =(HC(NH₂ .) )₂ )) und entdecken, dass die Zellen bemerkenswert stabil sind, wenn sie unter Umgebungsbedingungen ohne Verkapselung simuliertem Vollspektrum-Sonnenlicht ausgesetzt werden [54]. Hanet al. verwendet dicken Kohlenstoff als Elektrode und die geräteeigene Lochtransportschicht; die Zelle war>1000 h in Umgebungsluft unter vollem Sonnenlicht stabil, während sie einen PCE von 12,8 % erreichte [55].

Schnittstellentechnik

Die Schnittstelle ist für die Leistung der Geräte von entscheidender Bedeutung, da sie nicht nur für die Exzitonenbildung, -dissoziation und -rekombination entscheidend ist, sondern auch die Degradation von Geräten beeinflusst [56]. Daher ist das Schnittstellen-Engineering für eine reduzierte Rekombination äußerst wichtig, um leistungsstarke und hochstabile PSCs zu erzielen.

Tanet al. berichteten über eine Kontaktpassivierungsstrategie unter Verwendung von chlorbeschichtetem TiO₂ kolloidaler Nanokristallfilm, der die Grenzflächenrekombination abschwächt und die Grenzflächenbindung in planaren Niedertemperatursolarzellen verbessert. Die PSCs erreichten zertifizierte Wirkungsgrade von 20,1 und 19,5 % für aktive Flächen von 0,049 und 1,1 cm ² , bzw. Darüber hinaus behielten PSCs mit einer Effizienz von mehr als 20 % 90 % ihrer anfänglichen Leistung nach 500 h kontinuierlichem Raumtemperaturbetrieb bei ihrem maximalen Leistungspunkt unter 1-Sonnen-Beleuchtung bei [57]. Wang und Mitarbeiter fügten eine isolierende Tunnelschicht zwischen dem Perowskit und der Elektronentransportschicht ein. Die dünne Isolierschicht ermöglichte den Transport photogenerierter Elektronen vom Perowskit zu C₆₀ Kathode durch Tunneln und blockierte die durch Licht erzeugten Löcher zurück in den Perowskit. Geräte mit diesen Isoliermaterialien zeigten unter 1-Sonnen-Beleuchtung einen erhöhten PCE von 20,3 % [58]. Correa-Baena et al. lieferten einige theoretische Hinweise, indem sie die Rekombination an den verschiedenen Grenzflächen in einem PSC eingehend untersuchten, einschließlich der ladungsselektiven Kontakte und der Wirkung von Korngrenzen [59].

Schlussfolgerungen

Die Entwicklung von PSCs in den letzten Jahren macht sie zu einer vielversprechenden Alternative für die kostengünstige und hocheffiziente Solarzellentechnologie der nächsten Generation. Getrieben durch den dringenden Bedarf an kostengünstigen, hocheffizienten Solarzellen wurden PSCs in den letzten Jahren intensiv untersucht. Es werden verschiedene Arten von Methoden verwendet, um die Leistung zu verbessern. Wir fassen die jüngste Entwicklung hocheffizienter PSCs zusammen. Die aufgezeichnete Effizienz von Single-Junction-PSCs wurde in den letzten Jahren um ein Vielfaches auf über 22% gesteigert und nähert sich den besten einkristallinen Siliziumsolarzellen. Zweifellos haben sich Halogenid-Perowskit-Materialien als attraktive Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen herausgestellt. Das Stabilitätsproblem muss jedoch noch dringend gelöst werden. Die jüngsten Fortschritte bei den Gerätearchitekturen und neuen Materialien eröffnen neue Möglichkeiten für hochstabile PSCs.