높은

Oct 31, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20455(2022) 이 기사 인용

2456 액세스

10 알트메트릭

측정항목 세부정보

최근 다중접합(탠덤) 페로브스카이트 태양전지에서 달성된 인상적인 성과는 성능을 향상시키기 위한 엄청난 연구 노력을 촉발시켰습니다. 여기서는 3차원(3D) 유한요소법(FEM) 기술을 사용하여 근적외선(NIR) 태양광을 보다 효율적으로 사용하기 위해 계단식 밴드갭을 갖는 MoTe2 및 CH3NH3PbI3의 두 흡수층으로 구성된 병렬 직렬 PSC를 제안하고 조사합니다. 스펙트럼. 약 1eV의 밴드갭을 갖는 MoTe2 층은 CH3NH3PbI3 층과 결합하여 구조의 광 흡수 범위를 800nm를 넘어 최대 1200nm까지 확장할 수 있습니다. 또한, MoTe2 소재는 높은 흡수계수로 인해 20 nm 정도의 얇은 두께에서도 빛을 눈에 띄게 수집할 수 있을 뿐만 아니라 CH3NH3PbI3 층과 완벽한 밴드 정렬을 이룰 수 있습니다. 결과적으로 제안된 다중접합 PCS는 VOC 0.83V, Jsc 26.25mA/cm2, FF 0.84에서 18.52%의 높은 전력 변환 효율(PCE)을 제공하며 이는 해당 단일 접합 PSC보다 상당히 높습니다. PCE, VOC, Jsc 및 FF는 각각 14.01%, 1.14V, 15.20mA/cm2 및 0.81입니다. 또한, MoTe2의 낮은 밴드갭으로 인한 VOC 손실을 완화하기 위해 환원된 산화 그래핀(rGO) 층을 Spiro-2로 교체할 때 VOC가 0.84에서 0.928V로, PCE가 18.52%에서 20.32%로 증가하는 것을 보여줍니다. HTL(정공 수송층)인 OMeTAD 층.

Organic–inorganic metal hybrid perovskites have been consistently arousing extraordinary research interest in the photovoltaic community owing to their exceptional semiconductor properties such as facile fabrication process, long diffusion length 175 μm in solution-grown CH3NH3PbI3 single crystals. Science 347, 967–970 (2015)." href="/articles/s41598-022-25015-6#ref-CR1" id="ref-link-section-d316757610e379">1, long carrier lifetime2, panchromatic absorption of light3, etc. To date, the maximum power conversion efficiency (PCE) achieved in single-junction perovskite solar cells (PSCs) has been as high as 25.5% 175 μm in solution-grown CH3NH3PbI3 single crystals. Science 347, 967–970 (2015)." href="/articles/s41598-022-25015-6#ref-CR1" id="ref-link-section-d316757610e391">1. So as to further enhance the PCE constrained by the Shockley–Queisser (SQ) limit, some different strategies were pursued, namely, the carrier multiplication effect to harvest the additional energy (hυ-Eg) of photons with energy larger than bandgap (Eg)4 and multijunction absorbers to harvest photons with energy smaller than Eg5. Whereas it still is impractical and elusive to gain the PCE via carrier multiplication phenomena, multijunction (tandem) PSCs have successfully achieved the PCE as large as 29.15% 29% efficiency by enhanced hole extraction. Science 370, 1300–1309 (2020)." href="/articles/s41598-022-25015-6#ref-CR6" id="ref-link-section-d316757610e409"> 6. 그러나 최대 PCE 38.8%7에 도달한 직렬 PSC, GaAs 및 GaInP 기반 다중접합 태양전지의 성과에 영감을 받아 다중접합 PSC 성능의 추가 개선에 대한 관심이 여전히 고조되고 있습니다. 이로 인해 다중 접합 PSC를 위한 새로운 재료 및 아키텍처에 대한 검색이 촉발되었습니다.

MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2 및 WSe2를 포함한 반도체 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)는 매우 높은 흡수 계수8, 기계적 유연성9, 높은 캐리어 이동성10과 함께 광전지에 이상적인 밴드갭으로 인해 태양 전지용 매우 인상적인 흡수제로 떠오르고 있습니다. 응용8. 특히, 20nm보다 얇은 TMD 층은 잘 알려진 직접 밴드갭 반도체보다 10배 더 큰 빛을 흡수할 수 있습니다8. TMD, 특히 MoS2는 PSC의 캐리어 수송층(HTL)으로 널리 사용되어 왔지만, PSC의 광 흡수 효율을 향상시키기 위해 TMD 흡수 용량으로부터 이점을 얻는다는 보고는 없습니다. 대부분의 TMD는 페로브스카이트와 밴드갭 크기가 거의 동일하지만 약 1eV의 밴드갭을 갖는 벌크 MoTe2는 근적외선(NIR) 범위의 햇빛을 수확하는 페로브스카이트의 보완 흡수 재료가 될 것입니다. MoTe2의 강력한 NIR 흡수 능력은 표면에 댕글링 결합이 없다는 점, 즉 약한 반 데르 발스(vdW) 층간 상호 작용에서 발생하는 TMD의 특성으로 인해 MoTe2가 페로브스카이트 재료로 헤테로구조화되기에 적합한 후보임을 뒷받침합니다. 탠덤 태양 전지13,14. 실험적으로, 비용 효율적인 화학적 및 기계적 박리 방법을 사용하면 균일하고 균질한 MoTe2 필름 준비가 가능합니다. 따라서 MoTe2 흡수의 이점을 얻기 위해 지지 흡수층으로서 MoTe2 재료의 활용을 탐구하는 것이 더 가치 있을 것입니다.