Determinación de anchos de banda y espesores óptimos de materiales perovskita(PVK) para celdas solares tándem de 2 terminales del tipo PVK/Si y PVK/CuInSe2

Abstract

La investigación sobre celdas solares tándem que incluyen materiales perovskita ha experimentado un notable aumento debido a su potencial de alta eficiencia, ya que el ancho de banda prohibida de los materiales perovskita puede ajustarse en un amplio rango. En este trabajo, nos enfocamos en modelar celdas tándem mediante un modelo teórico que puede aplicarse a celdas tándem con múltiples uniones. Como ejemplo, mostramos resultados para celdas solares tándem de dos terminales compuestas por dos y tres uniones, basadas en silicio y CuInSe2 (CIS), considerando los diseños PVK/Si, PVK/CIS, PVK/PVK/Si y PVK/PVK/CIS. Los resultados muestran el límite como función del ancho de banda prohibida para las uniones de perovskita, alcanzando eficiencias máximas alrededor del 50% para las celdas de tres uniones PVK/PVK/Si y PVK/PVK/CIS. En el caso más realista, donde se incluye la absorción parcial por parte de los materiales perovskita, la eficiencia se estima considerando tanto el ancho de banda prohibida como el espesor de las uniones de perovskita, manteniendo constantes los espesores de las uniones de silicio y CIS. En este caso, se muestra que se pueden alcanzar eficiencias superiores al 42.5% para celdas solares tándem de dos uniones (cuando se eligen adecuadamente el espesor y el ancho de banda prohibida de la perovskita). De manera similar, la eficiencia práctica posible para las celdas solares de tres uniones PVK/PVK/Si y PVK/PVK/CIS puede llegar hasta el 47.5% (Texto tomado de la fuente).

Research on tandem cells that include perovskite materials has seen a remarkable increase due to their potential high efficiency since the bandgap of the perovskite materials can be fine-tuned in a wide range. In this work, we focus on modeling tandem cells through a theoretical model that can be applied to tandem cells with multiple junctions. We show, as an example, results for two-terminal solar cells consisting of two and three junctions, based on Silicon and CuInSe2 (CIS), considering the PVK/Si, PVK/CIS, PVK/PVK/Si, and PVK/PVK/CIS design. The results show the limit as a function of the bandgap for the perovskite junctions, reaching maximum efficiencies around 50% for the three-junction cells PVK/PVK/Si and PVK/PVK/CIS. In the more realistic case where partial absorption by the absorbing perovskite materials is included, the efficiency is estimated considering both the bandgap and thickness of the perovskite junctions, while keeping the thicknesses of the Si and CIS junctions constant. In this case, it is shown that efficiencies greater than 42.5% can be achieved for two-junction solar cells (when the appropriate thickness and perovskite bandgap are chosen). Similarly, the possible practical efficiency for the three-junction solar cells PVK/PVK/Si and PVK/PVK/CIS can be up to 47.5%.