Interface Engineering Strategies in Hybrid Perovskites for Single-Junctions and Tandem solar cells

The new generation of photovoltaic technologies has seen perovskites emerge as a leading material; however, reliability still limits their potential for large scale commercialization. In this work, we first investigated the effect of different experimental parameters on the crystallization of FAPbI₃ in an inverted device architecture. Among these, annealing temperature and additive concentration play a crucial role in determining the properties of the perovskite film, enabling the achievement of a champion efficiency of 22.7%. We then studied the effect of increasing the core extension of thiophene based cations used for surface passivation, observing from photoluminescence analysis a substantial reduction in non-radiative recombination losses. This improvement is attributed to the enhanced bonding strength, as supported by density functional theory simulations. Finally, we examined the effect of vacuum based deposition for surface passivation in perovskite silicon tandem solar cells, achieving a champion power conversion efficiency of 33.7%, with a certified value of 31.8% under maximum power point tracking conditions.

La nuova generazione di tecnologie fotovoltaiche ha visto le perovskiti affermarsi come materiale di punta; tuttavia, l’affidabilità ne limita ancora il potenziale di commercializzazione su larga scala. In questo lavoro abbiamo innanzitutto studiato l’effetto di diversi parametri sperimentali sulla cristallizzazione della composizione FAPbI₃ in un dispositivo a struttura invertita. Tra questi, la temperatura di ricottura e la concentrazione dell'additivo giocano un ruolo cruciale nel determinare le proprietà del film di perovskite, consentendo il raggiungimento di un'efficienza del 22,7%. Abbiamo poi studiato l'effetto dell'aumento dell'estensione della coniugazione in cationi a base di tiofene utilizzati per la passivazione superficiale, osservando dall'analisi di fotoluminescenza, una sostanziale riduzione delle perdite per ricombinazione non radiativa. Questo miglioramento è attribuito alla maggiore forza di legame, come supportato dalle simulazioni della teoria funzionale della densità. Infine, abbiamo esaminato l'effetto della deposizione in alto vuoto per la passivazione superficiale nelle celle solari tandem in perovskite/silicio, raggiungendo un'efficienza di conversione energetica massima del 33,7%, con un valore certificato del 31,8% in condizioni di tracciamento del punto di massima potenza.