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In$_{2}$O$_{3}$:H-Based Hole-Transport-Layer-Free Tin/Lead Perovskite Solar Cells for Efficient Four-Terminal All-Perovskite Tandem Solar Cells

Moghadamzadeh, Somayeh 1,2; Hossain, Ihteaz M. 1,2; Loy, Moritz; Ritzer, David Benedikt 1,2; Hu, Hang ORCID iD icon 1,2; Hauschild, Dirk 3,4; Mertens, Adrian 1,2; Becker, Jan-Philipp; Haghighirad, Amir A. 5; Ahlswede, Erik; Weinhardt, Lothar 3,4; Lemmer, Uli 1,2; Nejand, Bahram Abdollahi 1,2; Paetzold, Ulrich W. ORCID iD icon 1,2
1 Lichttechnisches Institut (LTI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung (IPS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract (englisch):

Narrow-band gap (NBG) Sn–Pb perovskites with band gaps of ∼1.2 eV, which correspond to a broad photon absorption range up to ∼1033 nm, are highly promising candidates for bottom solar cells in all-perovskite tandem photovoltaics. To exploit their potential, avoiding optical losses in the top layer stacks of the tandem configuration is essential. This study addresses this challenge in two ways (1) removing the hole-transport layer (HTL) and (2) implementing highly transparent hydrogen-doped indium oxide In2O3:H (IO:H) electrodes instead of the commonly used indium tin oxide (ITO). Removing HTL reduces parasitic absorption loss in shorter wavelengths without compromising the photovoltaic performance. IO:H, with an ultra-low near-infrared optical loss and a high charge carrier mobility, results in a remarkable increase in the photocurrent of the semitransparent top and (HTL-free) NBG bottom perovskite solar cells when substituted for ITO. As a result, an IO:H-based four-terminal all-perovskite tandem solar cell (4T all-PTSCs) with a power conversion efficiency (PCE) as high as 24.8% is demonstrated, outperforming ITO-based 4T all-PTSCs with PCE up to 23.3%.

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000137933
Veröffentlicht am 27.09.2021
DOI: 10.1021/acsami.1c06457
Zitationen: 20
Web of Science
Zitationen: 18
Zitationen: 20
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung (IPS)
Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)
Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP)
Universität Karlsruhe (TH) – Interfakultative Einrichtungen (Interfakultative Einrichtungen)
Karlsruhe School of Optics & Photonics (KSOP)
Lichttechnisches Institut (LTI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 06.10.2021
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1944-8244, 1944-8252
KITopen-ID: 1000137933
HGF-Programm 38.01.02 (POF IV, LK 01) Materials and Interfaces
Weitere HGF-Programme 56.12.11 (POF IV, LK 01) Materials - Quantum, Complex and Functional
Erschienen in ACS applied materials & interfaces
Verlag American Chemical Society (ACS)
Band 13
Heft 39
Seiten 46488–46498
Vorab online veröffentlicht am 22.09.2021
Nachgewiesen in Web of Science
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie
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