Abstract
Inorganic-organic metal halide perovskite light harvester-based perovskite solar cells (PSCs) with widely tunable bandgap have achieved rapid growth in power conversion efficiency, which exceeds 25% now. It is deliberated that if a semitransparent solar cell made of wider bandgap materials was placed on top of a narrow bandgap materials-based solar cell such as a silicon solar cell, with proper optical and electrical arrangements, the resultant tandem device consisting of two subcells could more effectively utilize the solar spectrum than a single junction solar cell. In a perovskite/silicon tandem solar cell (PSTSC), a semitransparent PSC with a wider bandgap is placed on top of a narrow bandgap silicon solar cell. The PSC efficiently harvests the higher energy photons in the ultraviolet and visible regions of the solar spectrum while the silicon solar cell can convert the photons of the infrared region to power. The PSTSC is proposed as a potential candidate to overcome the Shockley-Queisser limit of single-junction silicon solar cells. Though the theoretical limit of a PSTSC is calculated as ∼42%, its actual efficiency achieved until now is less than 30%. Therefore, a great scope of research exists in improving the efficiency of PSTSCs. Current issues of stability and upscaling of the device in PSCs are also a matter of concern for PSTSCs. A tandem device consists of multiple parts, and different configurations can be applied, thus tuning the architecture of the device. Altering various parts may result in significant changes in the efficiency of the device. In this review, competing architectures of otherwise comparable devices are compared in terms of photovoltaic properties. Thus, future directions to improve the efficiency of the device based on architecture design are proposed herein. In particular, the influence of the polarity of PSCs and the surface morphology of silicon solar cells (both front and rear) on determining the properties of the PSTSC are discussed.
Similar content being viewed by others
References
C. J. Brabec, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 83, 273 (2004).
S. Henbest, E. Giannakopoulou, and V. Cuming, New Energy Outlook 2015 (Bloomberg New Energy Finance, New York, 2015), pp. 3–5.
R. F. Service, Science 309, 548 (2005).
J. Werner, B. Niesen, and C. Ballif, Adv. Mater. Interfaces 5, 1700731 (2018).
C. Case, N. Beaumont, and D. Kirk, ACS Energy Lett. 4, 2760 (2019).
R. Jones-Albertus, D. Feldman, R. Fu, K. Horowitz, and M. Wood-house, Prog. Photovolt-Res. Appl. 24, 1272 (2016).
Z. Li, Y. Zhao, X. Wang, Y. Sun, Z. Zhao, Y. Li, H. Zhou, and Q. Chen, Joule 2, 1559 (2018).
Z. J. Yu, J. V. CarpenterIII, and Z. C. Holman, Nat. Energy 3, 747 (2018).
L. A. Zafoschnig, S. Nold, and J. C. Goldschmidt, IEEE J. Photovolt. 10, 1632 (2020).
Y. Li, H. Hu, B. Chen, T. Salim, Y. M. Lam, N. Yuan, and J. Ding, Sol. Energy 155, 35 (2017).
A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, and W. C. Sinke, Science 352, 4424 (2016).
S. Rühle, Sol. Energy 130, 139 (2016).
W. Shockley, and H. J. Queisser, J. Appl. Phys. 32, 510 (1961).
O. M. ten Kate, M. de Jong, H. T. Hintzen, and E. van der Kolk, J. Appl. Phys. 114, 084502 (2013).
X. Tian, S. D. Stranks, and F. You, Sci. Adv. 6, eabb0055 (2020).
M. Yang, J. Wu, Z. Lan, J. Lin, M. Huang, and L. Fan, Int. J. Energy Res. 46, 104 (2022).
S. P. Bremner, M. Y. Levy, and C. B. Honsberg, Prog. Photovolt-Res. Appl. 16, 225 (2008).
M. A. Green, Third Generation Photovoltaics: Advanced Sol Energy Conversion (Springer, Berlin, Heidelberg, 2003).
T. Leijtens, K. A. Bush, R. Prasanna, and M. D. McGehee, Nat. Energy 3, 828 (2018).
A. de Vos, J. Phys. D-Appl. Phys. 13, 839 (1980).
J. Y. Kim, K. Lee, N. E. Coates, D. Moses, T. Q. Nguyen, M. Dante, and A. J. Heeger, Science 317, 222 (2007).
S. Y. Chiang, G. F. Wakefield, and D. J. Manus, J. Electron. Soc. 124, C105 (1977).
M. P. Vecchi, Sol. Energy 22, 383 (1979).
H. Li, and W. Zhang, Chem. Rev. 120, 9835 (2020).
H. Shen, D. Walter, Y. Wu, K. C. Fong, D. A. Jacobs, T. Duong, J. Peng, K. Weber, T. P. White, and K. R. Catchpole, Adv. Energy Mater. 10, 1902840 (2020).
W. Choi, C. Z. Kim, C. S. Kim, W. Heo, T. Joo, S. Y. Ryu, H. Kim, H. Kim, H. K. Kang, and S. Jo, Adv. Energy Mater. 4, 1400589 (2014).
H. Cotal, C. Fetzer, J. Boisvert, G. Kinsey, R. King, P. Hebert, H. Yoon, and N. Karam, Energy Environ. Sci. 2, 174 (2009).
J. J. Schermer, G. J. Bauhuis, P. Mulder, W. J. Meulemeesters, E. Haverkamp, M. M. A. J. Voncken, and P. K. Larsen, Appl. Phys. Lett. 76, 2131 (2000).
R. K. Jones, J. H. Ermer, C. M. Fetzer, and R. R. King, Jpn. J. Appl. Phys. 51, 10ND01 (2012).
R. R. King, C. M. Fetzer, P. C. Colter, K. M. Edmondson, D. C. Law, A. P. Stavrides, H. Yoon, G. S. Kinsey, H. L. Cotal, and J. H. Ermer, in Lattice-matched and metamorphic GaInP/GaInAs/Ge concentrator solar cells: 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (IEEE, Osaka, 2003), p. 622.
P. A. Basore, in Economics of tandem flat plate photovoltaic modules: 43rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) (Portland, OR, 2016), p. 2635.
M. A. Green, A. Ho-Baillie, and H. J. Snaith, Nat. Photon. 8, 506 (2014).
A. K. Jena, A. Kulkarni, and T. Miyasaka, Chem. Rev. 119, 3036 (2019).
H. S. Kim, A. Hagfeldt, and N. G. Park, Chem. Commun. 55, 1192 (2019).
A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, and T. Miyasaka, J. Am. Chem. Soc. 131, 6050 (2009).
G. E. Eperon, S. D. Stranks, C. Menelaou, M. B. Johnston, L. M. Herz, and H. J. Snaith, Energy Environ. Sci. 7, 982 (2014).
N. De Marco, H. Zhou, Q. Chen, P. Sun, Z. Liu, L. Meng, E. P. Yao, Y. Liu, A. Schiffer, and Y. Yang, Nano Lett. 16, 1009 (2016).
G. E. Eperon, and D. S. Ginger, ACS Energy Lett. 2, 1190 (2017).
C. C. Stoumpos, L. Frazer, D. J. Clark, Y. S. Kim, S. H. Rhim, A. J. Freeman, J. B. Ketterson, J. I. Jang, and M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 137, 6804 (2015).
N. Ren, B. Chen, R. Li, P. Wang, S. Mazumdar, B. Shi, C. Zhu, Y. Zhao, and X. Zhang, Sol. RRL 5, 2000795 (2021).
M. Wang, Y. Li, X. Cui, Q. Zhang, S. Pan, S. Mazumdar, Y. Zhao, and X. Zhang, ACS Appl. Energy Mater. 4, 7526 (2021).
P. Wang, B. Chen, R. Li, S. Wang, N. Ren, Y. Li, S. Mazumdar, B. Shi, Y. Zhao, and X. Zhang, ACS Energy Lett. 6, 2121 (2021).
Z. Fang, Q. Zeng, C. Zuo, L. Zhang, H. Xiao, M. Cheng, F. Hao, Q. Bao, L. Zhang, Y. Yuan, W. Q. Wu, D. Zhao, Y. Cheng, H. Tan, Z. Xiao, S. Yang, F. Liu, Z. Jin, J. Yan, and L. Ding, Sci. Bull. 66, 621 (2021).
A. W. Y. Ho-Baillie, J. Zheng, M. A. Mahmud, F. J. Ma, D. R. McKenzie, and M. A. Green, Appl. Phys. Rev. 8, 041307 (2021).
J. Hu, Q. Cheng, R. Fan, and H. Zhou, Sol. RRL 1, 1700045 (2017).
R. Wang, T. Huang, J. Xue, J. Tong, K. Zhu, and Y. Yang, Nat. Photon. 15, 411 (2021).
Z. Wang, Z. Song, Y. Yan, S. F. Liu, and D. Yang, Adv. Sci. 6, 1801704 (2019).
Z. Zhang, Z. Li, L. Meng, S. Lien, and P. Gao, Adv. Funct. Mater. 30, 2001904 (2020).
Z. Zhu, K. Mao, and J. Xu, J. Energy Chem. 58, 219 (2021).
Y. Hu, L. Song, Y. Chen, and W. Huang, Sol. RRL 3, 1900080 (2019).
G. E. Eperon, M. T. Hörantner, and H. J. Snaith, Nat. Rev. Chem. 1, 0095 (2017).
A. Al-Ashouri, A. Magomedov, M. Roß, M. Jošt, M. Talaikis, G. Chistiakova, T. Bertram, J. A. Márquez, E. Köhnen, E. Kasparavičius, S. Levcenco, L. Gil-Escrig, C. J. Hages, R. Schlatmann, B. Rech, T. Malinauskas, T. Unold, C. A. Kaufmann, L. Korte, G. Niaura, V. Getautis, and S. Albrecht, Energy Environ. Sci. 12, 3356 (2019).
A. Karani, L. Yang, S. Bai, M. H. Futscher, H. J. Snaith, B. Ehrler, N. C. Greenham, and D. Di, ACS Energy Lett. 3, 869 (2018).
Y. Liu, L. A. Renna, M. Bag, Z. A. Page, P. Kim, J. Choi, T. Emrick, D. Venkataraman, and T. P. Russell, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 7070 (2016).
J. P. Mailoa, C. D. Bailie, E. C. Johlin, E. T. Hoke, A. J. Akey, W. H. Nguyen, M. D. McGehee, and T. Buonassisi, Appl. Phys. Lett. 106, 121105 (2015).
J. Xu, C. C. Boyd, Z. J. Yu, A. F. Palmstrom, D. J. Witter, B. W. Larson, R. M. France, J. Werner, S. P. Harvey, E. J. Wolf, W. Weigand, S. Manzoor, M. F. A. M. van Hest, J. J. Berry, J. M. Luther, Z. C. Holman, and M. D. McGehee, Science 367, 1097 (2020).
L. L. Yan, C. Han, B. Shi, Y. Zhao, and X. D. Zhang, Mater. Today Nano 7, 100045 (2019).
C. Battaglia, A. Cuevas, and S. De Wolf, Energy Environ. Sci. 9, 1552 (2016).
L. Mazzarella, Y. Lin, S. Kirner, A. B. Morales-Vilches, L. Korte, S. Albrecht, E. Crossland, B. Stannowski, C. Case, H. J. Snaith, and R. Schlatmann, Adv. Energy Mater. 9, 1803241 (2019).
F. Sahli, J. Werner, B. A. Kamino, M. Bräuninger, R. Monnard, B. Paviet-Salomon, L. Barraud, L. Ding, J. J. Diaz Leon, D. Sacchetto, G. Cattaneo, M. Despeisse, M. Boccard, S. Nicolay, Q. Jeangros, B. Niesen, and C. Ballif, Nat. Mater. 17, 820 (2018).
H. Shen, S. T. Omelchenko, D. A. Jacobs, S. Yalamanchili, Y. Wan, D. Yan, P. Phang, T. Duong, Y. Wu, Y. Yin, C. Samundsett, J. Peng, N. Wu, T. P. White, G. G. Andersson, N. S. Lewis, and K. R. Catchpole, Sci. Adv. 4, eaau9711 (2018).
K. M. Yeom, S. U. Kim, M. Y. Woo, J. H. Noh, and S. H. Im, Adv. Mater. 32, 2002228 (2020).
J. A. Chang, S. H. Im, Y. H. Lee, H. J. Kim, C. S. Lim, J. H. Heo, and S. I. Seok, Nano Lett. 12, 1863 (2012).
P. Tockhorn, P. Wagner, L. Kegelmann, J. C. Stang, M. Mews, S. Albrecht, and L. Korte, ACS Appl. Energy Mater. 3, 1381 (2020).
T. Todorov, O. Gunawan, and S. Guha, Mol. Syst. Des. Eng. 1, 370 (2016).
B. Chen, Y. Bai, Z. Yu, T. Li, X. Zheng, Q. Dong, L. Shen, M. Boccard, A. Gruverman, Z. Holman, and J. Huang, Adv. Energy Mater. 6, 1601128 (2016).
R. Sheng, A. W. Y. Ho-Baillie, S. Huang, M. Keevers, X. Hao, L. Jiang, Y. B. Cheng, and M. A. Green, J. Phys. Chem. Lett. 6, 3931 (2015).
H. Uzu, M. Ichikawa, M. Hino, K. Nakano, T. Meguro, J. L. Hernández, H. S. Kim, N. G. Park, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 106, 013506 (2015).
C. D. Bailie, M. G. Christoforo, J. P. Mailoa A. R. Bowring, E. L. Unger, W. H. Nguyen, J. Burschka, N. Pellet, J. Z. Lee, M. Grätzel, R. Noufi, T. Buonassisi, A. Salleo, and M. D. McGehee, Energy Environ. Sci. 8, 956 (2015).
M. Jaysankar, M. Filipič, B. Zielinski, R. Schmager, W. Song, W. Qiu, U. W. Paetzold, T. Aernouts, M. Debucquoy, R. Gehlhaar, and J. Poortmans, Energy Environ. Sci. 11, 1489 (2018).
M. Jaysankar, W. Qiu, M. van Eerden, T. Aernouts, R. Gehlhaar, M. Debucquoy, U. W. Paetzold, and J. Poortmans, Adv. Energy Mater. 7, 1602807 (2017).
H. Kanda, N. Shibayama, A. Uzum, T. Umeyama, H. Imahori, K. Ibi, and S. Ito, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 35016 (2018).
Y. Li, H. Hu, B. Chen, T. Salim, J. Zhang, J. Ding, N. Yuan, and Y. M. Lam, J. Mater. Chem. C 5, 134 (2017).
J. Meyer, S. Hamwi, M. Kröger, W. Kowalsky, T. Riedl, and A. Kahn, Adv. Mater. 24, 5408 (2012).
J. Werner, G. Dubuis, A. Walter, P. Löper, S. J. Moon, S. Nicolay, M. Morales-Masis, S. De Wolf, B. Niesen, and C. Ballif, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 141, 407 (2015).
F. Hou, C. Han, O. Isabella, L. Yan, B. Shi, J. Chen, S. An, Z. Zhou, W. Huang, H. Ren, Q. Huang, G. Hou, X. Chen, Y. Li, Y. Ding, G. Wang, C. Wei, D. Zhang, M. Zeman, Y. Zhao, and X. Zhang, Nano Energy 56, 234 (2019).
K. Jäger, L. Korte, B. Rech, and S. Albrecht, Opt. Express 25, A473 (2017).
C. Lee, S. W. Lee, S. Bae, A. Shawky, V. Devaraj, A. Anisimov, E. I. Kauppinen, J. W. Oh, Y. Kang, D. Kim, I. Jeon, S. Maruyama, and H. S. Lee, Sol. RRL 4, 2000353 (2020).
S. Albrecht, M. Saliba, J. P. Correa-Baena, K. Jäger, L. Korte, A. Hagfeldt, M. Grätzel, and B. Rech, J. Opt. 18, 064012 (2016).
J. Werner, C. H. Weng, A. Walter, L. Fesquet, J. P. Seif, S. De Wolf, B. Niesen, and C. Ballif, J. Phys. Chem. Lett. 7, 161 (2016).
S. Albrecht, M. Saliba, J. P. Correa Baena, F. Lang, L. Kegelmann, M. Mews, L. Steier, A. Abate, J. Rappich, L. Korte, R. Schlatmann, M. K. Nazeeruddin, A. Hagfeldt, M. Grätzel, and B. Rech, Energy Environ. Sci. 9, 81 (2016).
F. Li, X. Deng, F. Qi, Z. Li, D. Liu, D. Shen, M. Qin, S. Wu, F. Lin, S. H. Jang, J. Zhang, X. Lu, D. Lei, C. S. Lee, Z. Zhu, and A. K. Y. Jen, J. Am. Chem. Soc. 142, 20134 (2020).
S. De Wolf, and M. Kondo, J. Appl. Phys. 105, 103707 (2009).
E. H. Jung, N. J. Jeon, E. Y. Park, C. S. Moon, T. J. Shin, T. Y. Yang, J. H. Noh, and J. Seo, Nature 567, 511 (2019).
M. Kim, G. H. Kim, T. K. Lee, I. W. Choi, H. W. Choi, Y. Jo, Y. J. Yoon, J. W. Kim, J. Lee, D. Huh, H. Lee, S. K. Kwak, J. Y. Kim, and D. S. Kim, Joule 3, 2179 (2019).
H. Min, M. Kim, S. U. Lee, H. Kim, G. Kim, K. Choi, J. H. Lee, and S. I. Seok, Science 366, 749 (2019).
Z. Mrazkova, I. P. Sobkowicz, M. Foldyna, K. Postava, I. Florea, J. Pištora, and P. Roca i Cabarrocas, Prog. Photovolt Res. Appl. 26, 369 (2018).
M. Boccard, and C. Ballif, ACS Energy Lett. 5, 1077 (2020).
M. T. Hörantner, and H. J. Snaith, Energy Environ. Sci. 10, 1983 (2017).
M. Saliba, J. P. Correa-Baena, M. Grätzel, A. Hagfeldt, and A. Abate, Angew. Chem. Int. Ed. 57, 2554 (2018).
M. Anaya, G. Lozano, M. E. Calvo, and H. Míguez, Joule 1, 769 (2017).
M. Kulbak, D. Cahen, and G. Hodes, J. Phys. Chem. Lett. 6, 2452 (2015).
D. Luo, R. Su, W. Zhang, Q. Gong, and R. Zhu, Nat. Rev. Mater. 5, 44 (2020).
J. H. Noh, S. H. Im, J. H. Heo, T. N. Mandal, and S. I. Seok, Nano Lett. 13, 1764 (2013).
Q. Xu, Y. Zhao, and X. Zhang, Sol. RRL 4, 1900206 (2020).
J. Lehr, M. Langenhorst, R. Schmager, S. Kirner, U. Lemmer, B. S. Richards, C. Case, and U. W. Paetzold, Sustain. Energy Fuels 2, 2754 (2018).
Y. Jiang, I. Almansouri, S. Huang, T. Young, Y. Li, Y. Peng, Q. Hou, L. Spiccia, U. Bach, Y. B. Cheng, M. A. Green, and A. Ho-Baillie, J. Mater. Chem. C 4, 5679 (2016).
M. Singh, R. Santbergen, I. Syifai, A. Weeber, M. Zeman, and O. Isabella, Nanophotonics 10, 2043 (2020).
Z. Qiu, Z. Xu, N. Li, N. Zhou, Y. Chen, X. Wan, J. Liu, N. Li, X. Hao, P. Bi, Q. Chen, B. Cao, and H. Zhou, Nano Energy 53, 798 (2018).
N. Torabi, A. Behjat, Y. Zhou, P. Docampo, R. J. Stoddard, H. W. Hillhouse, and T. Ameri, Mater. Today Energy 12, 70 (2019).
L. Yan, C. Han, B. Shi, Y. Zhao, and X. Zhang, Superlatt. Microstruct. 151, 106811 (2021).
C. H. Henry, J. Appl. Phys. 51, 4494 (1980).
J. Zheng, C. F. J. Lau, H. Mehrvarz, F. J. Ma, Y. Jiang, X. Deng, A. Soeriyadi, J. Kim, M. Zhang, L. Hu, X. Cui, D. S. Lee, J. Bing, Y. Cho, C. Chen, M. A. Green, S. Huang, and A. W. Y. Ho-Baillie, Energy Environ. Sci. 11, 2432 (2018).
K. A. Bush, A. F. Palmstrom, Z. J. Yu, M. Boccard, R. Cheacharoen, J. P. Mailoa, D. P. McMeekin, R. L. Z. Hoye, C. D. Bailie, T. Leijtens, I. M. Peters, M. C. Minichetti, N. Rolston, R. Prasanna, S. Sofia, D. Harwood, W. Ma, F. Moghadam, H. J. Snaith, T. Buonassisi, Z. C. Holman, S. F. Bent, and M. D. McGehee, Nat. Energy 2, 17009 (2017).
M. Roß, S. Severin, M. B. Stutz, P. Wagner, H. Köbler, M. Favin-Lévêque, A. Al-Ashouri, P. Korb, P. Tockhorn, A. Abate, B. Stannowski, B. Rech, and S. Albrecht, Adv. Energy Mater. 11, 2101460 (2021).
Y. L. Wu, D. Yan, J. Peng, T. Duong, Y. Wan, S. P. Phang, H. Shen, N. Wu, C. Barugkin, X. Fu, S. Surve, D. Grant, D. Walter, T. P. White, K. R. Catchpole, and K. J. Weber, Energy Environ. Sci. 10, 2472 (2017).
S. Zhu, F. Hou, W. Huang, X. Yao, B. Shi, Q. Ren, J. Chen, L. Yan, S. An, Z. Zhou, H. Ren, C. Wei, Q. Huang, Y. Li, G. Hou, X. Chen, Y. Ding, G. Wang, B. Li, Y. Zhao, and X. Zhang, Sol. RRL 2, 1800176 (2018).
B. Chen, Z. Yu, K. Liu, X. Zheng, Y. Liu, J. Shi, D. Spronk, P. N. Rudd, Z. Holman, and J. Huang, Joule 3, 177 (2019).
M. Jošt, E. Köhnen, A. B. Morales-Vilches, B. Lipovšek, K. Jäger, B. Macco, A. Al-Ashouri, J. Krč, L. Korte, B. Rech, R. Schlatmann, M. Topič, B. Stannowski, and S. Albrecht, Energy Environ. Sci. 11, 3511 (2018).
E. Lamanna, F. Matteocci, E. Calabrò L. Serenelli, E. Salza, L. Martini, F. Menchini, M. Izzi, A. Agresti, S. Pescetelli, S. Bellani, A. E. Del Río Castillo, F. Bonaccorso, M. Tucci, and A. Di Carlo, Joule 4, 865 (2020).
R. Fan, N. Zhou, L. Zhang, R. Yang, Y. Meng, L. Li, T. Guo, Y. Chen, Z. Xu, G. Zheng, Y. Huang, L. Li, L. Qin, X. Qiu, Q. Chen, and H. Zhou, Sol. RRL 1, 1700149 (2017).
H. Lu, Y. Liu, P. Ahlawat, A. Mishra, W. R. Tress, F. T. Eickemeyer, Y. Yang, F. Fu, Z. Wang, C. E. Avalos, B. I. Carlsen, A. Agarwalla, X. Zhang, X. Li, Y. Zhan, S. M. Zakeeruddin, L. Emsley, U. Rothlisberger, L. Zheng, A. Hagfeldt, and M. Grätzel, Science 370, eabb8985 (2020).
S. An, P. Chen, F. Hou, Q. Wang, H. Pan, X. Chen, X. Lu, Y. Zhao, Q. Huang, and X. Zhang, Sol. Energy 196, 409 (2020).
F. Hou, L. Yan, B. Shi, J. Chen, S. Zhu, Q. Ren, S. An, Z. Zhou, H. Ren, C. Wei, Q. Huang, G. Hou, X. Chen, Y. Li, Y. Ding, G. Wang, D. Zhang, Y. Zhao, and X. Zhang, ACS Appl. Energy Mater. 2, 243 (2019).
J. Zheng, H. Mehrvarz, F. J. Ma, C. F. J. Lau, M. A. Green, S. Huang, and A. W. Y. Ho-Baillie, ACS Energy Lett. 3, 2299 (2018).
A. J. Bett, P. S. C. Schulze, K. M. Winkler, Ö. S. Kabakli, I. Ketterer, L. E. Mundt, S. K. Reichmuth, G. Siefer, L. Cojocaru, L. Tutsch, M. Bivour, M. Hermle, S. W. Glunz, and J. C. Goldschmidt, Prog. Photovolt. Res. Appl. 28, 99 (2020).
P. S. C. Schulze, A. J. Bett, M. Bivour, P. Caprioglio, F. M. Gerspacher, Ö. S. Kabakli, A. Richter, M. Stolterfoht, Q. Zhang, D. Neher, M. Hermle, H. Hillebrecht, S. W. Glunz, and J. C. Goldschmidt, Sol. RRL 4, 2000152 (2020).
A. S. Subbiah, F. H. Isikgor, C. T. Howells, M. De Bastiani, J. Liu, E. Aydin, F. Furlan, T. G. Allen, F. Xu, S. Zhumagali, S. Hoogland, E. H. Sargent, I. McCulloch, and S. De Wolf, ACS Energy Lett. 5, 3034 (2020).
D. Kim, H. J. Jung, I. J. Park, B. W. Larson, S. P. Dunfield, C. Xiao, J. Kim, J. Tong, P. Boonmongkolras, S. G. Ji, F. Zhang, S. R. Pae, M. Kim, S. B. Kang, V. Dravid, J. J. Berry, J. Y. Kim, K. Zhu, D. H. Kim, and B. Shin, Science 368, 155 (2020).
M. De Bastiani, A. J. Mirabelli, Y. Hou, F. Gota, E. Aydin, T. G. Allen, J. Troughton, A. S. Subbiah, F. H. Isikgor, J. Liu, L. Xu, B. Chen, E. van Kerschaver, D. Baran, B. Fraboni, M. F. Salvador, U. W. Paetzold, E. H. Sargent, and S. De Wolf, Nat. Energy 6, 167 (2021).
Y. Hou, E. Aydin, M. De Bastiani, C. Xiao, F. H. Isikgor, D. J. Xue, B. Chen, H. Chen, B. Bahrami, A. H. Chowdhury, A. Johnston, S. W. Baek, Z. Huang, M. Wei, Y. Dong, J. Troughton, R. Jalmood, A. J. Mirabelli, T. G. Allen, E. Van Kerschaver, M. I. Saidaminov, D. Baran, Q. Qiao, K. Zhu, S. De Wolf, and E. H. Sargent, Science 367, 1135 (2020).
S. Zhumagali, F. H. Isikgor, P. Maity, J. Yin, E. Ugur, M. De Bastiani, A. S. Subbiah, A. J. Mirabelli, R. Azmi, G. T. Harrison, J. Troughton, E. Aydin, J. Liu, T. Allen, A. Rehman, D. Baran, O. F. Mohammed, and S. De Wolf, Adv. Energy Mater. 11, 2101662 (2021).
F. Hou, Y. Li, L. Yan, B. Shi, N. Ren, P. Wang, D. Zhang, H. Ren, Y. Ding, Q. Huang, T. Li, Y. Li, Y. Zhao, and X. Zhang, Sol. RRL 5, 2100357 (2021).
E. Aydin, J. Liu, E. Ugur, R. Azmi, G. T. Harrison, Y. Hou, B. Chen, S. Zhumagali, M. De Bastiani, M. Wang, W. Raja, T. G. Allen, A. Rehman, A. S. Subbiah, M. Babics, A. Babayigit, F. H. Isikgor, K. Wang, E. Van Kerschaver, L. Tsetseris, E. H. Sargent, F. Laquai, and S. De Wolf, Energy Environ. Sci. 14, 4377 (2021).
A. Al-Ashouri, E. Köhnen, B. Li, A. Magomedov, H. Hempel, P. Caprioglio, J. A. Márquez, A. B. Morales Vilches, E. Kasparavicius, J. A. Smith, N. Phung, D. Menzel, M. Grischek, L. Kegelmann, D. Skroblin, C. Gollwitzer, T. Malinauskas, M. Jošt, G. Matic, B. Rech, R. Schlatmann, M. Topic, L. Korte, A. Abate, B. Stannowski, D. Neher, M. Stolterfoht, T. Unold, V. Getautis, and S. Albrecht, Science 370, 1300 (2020).
E. Köhnen, P. Wagner, F. Lang, A. Cruz, B. Li, M. Roß, M. Jošt, A. B. Morales-Vilches, M. Topic, M. Stolterfoht, D. Neher, L. Korte, B. Rech, R. Schlatmann, B. Stannowski, and S. Albrecht, Sol. RRL 5, 2100244 (2021).
J. Liu, E. Aydin, J. Yin, M. De Bastiani, F. H. Isikgor, A. U. Rehman, E. Yengel, E. Ugur, G. T. Harrison, M. Wang, Y. Gao, J. I. Khan, M. Babics, T. G. Allen, A. S. Subbiah, K. Zhu, X. Zheng, W. Yan, F. Xu, M. F. Salvador, O. M. Bakr, T. D. Anthopoulos, M. Lanza, O. F. Mohammed, F. Laquai, and S. De Wolf, Joule 5, 3169 (2021).
B. Chen, Z. J. Yu, S. Manzoor, S. Wang, W. Weigand, Z. Yu, G. Yang, Z. Ni, X. Dai, Z. C. Holman, and J. Huang, Joule 4, 850 (2020).
J. A. Raiford, R. A. Belisle, K. A. Bush, R. Prasanna, A. F. Palmstrom, M. D. McGehee, and S. F. Bent, Sustain. Energy Fuels 3, 1517 (2019).
G. Nogay, F. Sahli, J. Werner, R. Monnard, M. Boccard, M. Despeisse, F. J. Haug, Q. Jeangros, A. Ingenito, and C. Ballif, ACS Energy Lett. 4, 844 (2019).
Y. He, Z. Tang, L. Mao, S. Yang, T. Yang, M. Xie, Q. Chang, L. Ding, B. He, C. Peng, C. Yu, X. Hao, J. Zhang, K. Zheng, C. Han, Y. Zhang, H. Yan, and X. Xu, Physica Rapid Res. Lett. 15, 2100119 (2021).
Y. Nakao, and T. Hiyama, Chem. Soc. Rev. 40, 4893 (2011).
D. M. Chapin, C. S. Fuller, and G. L. Pearson, J. Appl. Phys. 25, 676 (1954).
A. Richter, M. Hermle, and S. W. Glunz, IEEE J. Photovolt. 3, 1184 (2013).
K. Yoshikawa, W. Yoshida, T. Irie, H. Kawasaki, K. Konishi, H. Ishibashi, T. Asatani, D. Adachi, M. Kanematsu, H. Uzu, and K. Yamamoto, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 173, 37 (2017).
A. Descoeudres, Z. C. Holman, L. Barraud, S. Morel, S. De Wolf, and C. Ballif, IEEE J. Photovolt. 3, 83 (2013).
M. Mews, M. Liebhaber, B. Rech, and L. Korte, Appl. Phys. Lett. 107, 013902 (2015).
T. F. Schulze, L. Korte, E. Conrad, M. Schmidt, and B. Rech, J. Appl. Phys. 107, 023711 (2010).
H. Mimura, and Y. Hatanaka, J. Appl. Phys. 71, 2315 (1992).
S. Mazumdar, and A. J. Bhattacharyya, J. Nanosci. Nanotechnol. 12, 6308 (2012).
S. Mazumdar, and A. J. Bhattacharyya, Energy Environ. Sci. 6, 1494 (2013).
S. Mazumdar, and A. J. Bhattacharyya, RSC Adv. 5, 34942 (2015).
S. Mazumdar, M. Nyaypati, S. Sambandan, and A. J. Bhattacharyya, ECS J. Solid State Sci. Technol. 4, Q119 (2015).
S. Mazumdar, K. Roy, V. Srihari, S. Umapathy, and A. J. Bhattacharyya, J. Phys. Chem. C 119, 17466 (2015).
S. Mazumdar, M. Tamilselvan, and A. J. Bhattacharyya, ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 28188 (2015).
D. A. Jacobs, M. Langenhorst, F. Sahli, B. S. Richards, T. P. White, C. Ballif, K. R. Catchpole, and U. W. Paetzold, J. Phys. Chem. Lett. 10, 3159 (2019).
A. R. Pascoe, S. Meyer, W. Huang, W. Li, I. Benesperi, N. W. Duffy, L. Spiccia, U. Bach, and Y. B. Cheng, Adv. Funct. Mater. 26, 1278 (2016).
N. Pourdavoud, S. Wang, A. Mayer, T. Hu, Y. Chen, A. Marianovich, W. Kowalsky, R. Heiderhoff, H. C. Scheer, and T. Riedl, Adv. Mater. 29, 1605003 (2017).
R. Schmager, B. Fritz, R. Hünig, K. Ding, U. Lemmer, B. S. Richards, G. Gomard, and U. W. Paetzold, ACS Photonics 4, 2687 (2017).
J. Zheng, H. Mehrvarz, C. Liao, J. Bing, X. Cui, Y. Li, V. R. Gonçales, C. F. J. Lau, D. S. Lee, Y. Li, M. Zhang, J. Kim, Y. Cho, L. G. Caro, S. Tang, C. Chen, S. Huang, and A. W. Y. Ho-Baillie, ACS Energy Lett. 4, 2623 (2019).
K. A. Bush, S. Manzoor, K. Frohna, Z. J. Yu, J. A. Raiford, A. F. Palmstrom, H. P. Wang, R. Prasanna, S. F. Bent, Z. C. Holman, and M. D. McGehee, ACS Energy Lett. 3, 2173 (2018).
J. Wang, C. Gao, X. Wang, Y. Wang, Z. Cheng, H. Liu, and W. Shen, Energy Technol. 9, 2000778 (2021).
B. A. Kamino, B. Paviet-Salomon, S. J. Moon, N. Badel, J. Levrat, G. Christmann, A. Walter, A. Faes, L. Ding, J. J. Diaz Leon, A. Paracchino, M. Despeisse, C. Ballif, and S. Nicolay, ACS Appl. Energy Mater. 2, 3815 (2019).
P. Wang, R. Sridharan, X. R. Ng, J. W. Ho, and R. Stangl, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 220, 110834 (2021).
J. Werner, A. Walter, E. Rucavado, S. J. Moon, D. Sacchetto, M. Rienaecker, R. Peibst, R. Brendel, X. Niquille, S. De Wolf, P. Löper, M. Morales-Masis, S. Nicolay, B. Niesen, and C. Ballif, Appl. Phys. Lett. 109, 233902 (2016).
D. Li, W. Kong, H. Zhang, D. Wang, W. Li, C. Liu, H. Chen, W. Song, F. Gao, A. Amini, B. Xu, S. Li, and C. Cheng, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 20103 (2020).
N. Yaghoobi Nia, M. Méndez, B. Paci, A. Generosi, A. Di Carlo, and E. Palomares, ACS Appl. Energy Mater. 3, 6853 (2020).
F. Yang, J. Liu, Z. Lu, P. Dai, T. Nakamura, S. Wang, L. Chen, A. Wakamiya, and K. Matsuda, Adv. Sci. 7, 1902474 (2020).
T. C. J. Yang, P. Fiala, Q. Jeangros, and C. Ballif, Joule 2, 1421 (2018).
Y. Wang, S. Gu, G. Liu, L. Zhang, Z. Liu, R. Lin, K. Xiao, X. Luo, J. Shi, J. Du, F. Meng, L. Li, Z. Liu, and H. Tan, Sci. China Chem. 64, 2025 (2021).
R. Li, P. Wang, B. Chen, X. Cui, Y. Ding, Y. Li, D. Zhang, Y. Zhao, and X. Zhang, ACS Energy Lett. 5, 79 (2020).
M. De Bastiani, A. S. Subbiah, E. Aydin, F. H. Isikgor, T. G. Allen, and S. De Wolf, Mater. Horiz. 7, 2791 (2020).
S. Mazumdar, B. Du, P. Lin, X. Zeng, and S. Ke, J. Power Sources 468, 228392 (2020).
S. Mazumdar, B. Du, C. Huang, P. Lin, J. Zhao, X. Zeng, and S. Ke, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 200, 109995 (2019).
J. Liu, B. Shi, Q. Xu, Y. Li, B. Chen, Q. Wang, P. Wang, Y. Zhao, and X. Zhang, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 233, 111382 (2021).
Y. Jiang, M. P. Nielsen, A. J. Baldacchino, M. A. Green, D. R. McCamey, M. J. Y. Tayebjee, T. W. Schmidt, and N. J. Ekins-Daukes, Prog. Photovolt. Res. Appl. 29, 899 (2021).
M. De Bastiani, E. Van Kerschaver, Q. Jeangros, A. Ur Rehman, E. Aydin, F. H. Isikgor, A. J. Mirabelli, M. Babics, J. Liu, S. Zhumagali, E. Ugur, G. T. Harrison, T. G. Allen, B. Chen, Y. Hou, S. Shikin, E. H. Sargent, C. Ballif, M. Salvador, and S. De Wolf, ACS Energy Lett. 6, 2944 (2021).
E. M. Tennyson, K. Frohna, W. K. Drake, F. Sahli, T. Chien-Jen Yang, F. Fu, J. Werner, C. Chosy, A. R. Bowman, T. A. S. Doherty, Q. Jeangros, C. Ballif, and S. D. Stranks, ACS Energy Lett. 6, 2293 (2021).
M. Jošt, L. Kegelmann, L. Korte, and S. Albrecht, Adv. Energy Mater. 10, 1904102 (2020).
H. T. Nguyen, S. Gerritsen, M. A. Mahmud, Y. Wu, Z. Cai, T. Truong, M. Tebyetekerwa, T. Duong, J. Peng, K. Weber, T. P. White, K. Catchpole, and D. Macdonald, Adv. Energy Mater. 10, 1902901 (2020).
E. Aydin, T. G. Allen, M. De Bastiani, L. Xu, J. Ávila, M. Salvador, E. Van Kerschaver, and S. De Wolf, Nat. Energy 5, 851 (2020).
J. Tong, Q. Jiang, F. Zhang, S. B. Kang, D. H. Kim, and K. Zhu, ACS Energy Lett. 6, 232 (2021).
M. Jaysankar, W. Qiu, J. Bastos, J. G. Tait, M. Debucquoy, U. W. Paetzold, D. Cheyns, and J. Poortmans, J. Mater. Chem. A 4, 10524 (2016).
M. Jaysankar, B. A. L. Raul, J. Bastos, C. Burgess, C. Weijtens, M. Creatore, T. Aernouts, Y. Kuang, R. Gehlhaar, A. Hadipour, and J. Poortmans, ACS Energy Lett. 4, 259 (2019).
S. Kanbe, J. Kagae, A. Murota, Y. Hara, K. Fujiwara, and K. Yamashita, Appl. Phys. Lett. 117, 171901 (2020).
X. Liu, Z. Wu, X. Fu, L. Tang, J. Li, J. Gong, and X. Xiao, Nano Energy 86, 106114 (2021).
B. Shi, L. Duan, Y. Zhao, J. Luo, and X. Zhang, Adv. Mater. 32, 1806474 (2020).
R. Xia, Y. Xu, B. Chen, H. Kanda, M. Franckevičius, R. Gegevičius, S. Wang, Y. Chen, D. Chen, J. Ding, N. Yuan, Y. Zhao, C. Roldán-Carmona, X. Zhang, P. J. Dyson, and M. K. Nazeeruddin, J. Mater. Chem. A 9, 21939 (2021).
E. Leccisi, and V. Fthenakis, Prog. Photovolt. Res. Appl. 29, 1078 (2021).
J. Qian, M. Ernst, D. Walter, M. A. Mahmud, P. Hacke, K. Weber, M. Al-Jassim, and A. Blakers, Sustain. Energy Fuels 4, 4067 (2020).
J. Qian, M. Ernst, N. Wu, and A. Blakers, Sustain. Energy Fuels 3, 1439 (2019).
E. J. Wolf, I. E. Gould, L. B. Bliss, J. J. Berry, and M. D. McGehee, Sol. RRL 6, 2100239 (2021).
S. Mazumdar, Y. Zhao, and X. Zhang, Front. Electron. 2, 712785 (2021).
Y. Li, B. Shi, Q. Xu, L. Yan, N. Ren, Y. Chen, W. Han, Q. Huang, Y. Zhao, and X. Zhang, Adv. Energy Mater. 11, 2102046 (2021).
R. Chen, J. Cao, Y. Duan, Y. Hui, T. T. Chuong, D. Ou, F. Han, F. Cheng, X. Huang, B. Wu, and N. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 141, 541 (2019).
Y. Chen, W. Tang, Y. Wu, R. Yuan, J. Yang, W. Shan, S. Zhang, and W. H. Zhang, Sol. RRL 4, 2000344 (2020).
B. Chen, P. Wang, R. Li, N. Ren, Y. Chen, W. Han, L. Yan, Q. Huang, D. Zhang, Y. Zhao, and X. Zhang, J. Energy Chem. 63, 461 (2021).
X. Li, Q. Xu, L. Yan, C. Ren, B. Shi, P. Wang, S. Mazumdar, G. Hou, Y. Zhao, and X. Zhang, Nanophotonics 10, 2001 (2020).
B. Chen, N. Ren, Y. Li, L. Yan, S. Mazumdar, Y. Zhao, and X. Zhang, Adv. Energy Mater. 12, 2003628 (2022).
W. Deng, D. Chen, Z. Xiong, P. J. Verlinden, J. Dong, F. Ye, H. Li, H. Zhu, M. Zhong, Y. Yang, Y. Chen, Z. Feng, and P. Altermatt, IEEE J. Photovolt. 6, 3 (2016).
N. G. Park, and K. Zhu, Nat. Rev. Mater. 5, 333 (2020).
H. Chen, Z. Wei, X. Zheng, and S. Yang, Nano Energy 15, 216 (2015).
M. Habibi, A. Rahimzadeh, I. Bennouna, and M. Eslamian, Coatings 7, 42 (2017).
C. U. Kim, J. C. Yu, E. D. Jung, I. Y. Choi, W. Park, H. Lee, I. Kim, D. K. Lee, K. K. Hong, M. H. Song, and K. J. Choi, Nano Energy 60, 213 (2019).
D. Lee, Y. S. Jung, Y. J. Heo, S. Lee, K. Hwang, Y. J. Jeon, J. E. Kim, J. Park, G. Y. Jung, and D. Y. Kim, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 16133 (2018).
S. G. Li, K. J. Jiang, M. J. Su, X. P. Cui, J. H. Huang, Q. Q. Zhang, X. Q. Zhou, L. M. Yang, and Y. L. Song, J. Mater. Chem. A 3, 9092 (2015).
V. C. Martinez, H. Xie, A. Mingorance, C. Pereyra, A. Narymany, and M. M. Gómez, J. Phys.-Conf. Ser. 1433, 012009 (2020).
Y. Zhang, S. G. Kim, D. Lee, H. Shin, and N. G. Park, Energy Environ. Sci. 12, 308 (2019).
X. Zhu, D. Yang, R. Yang, B. Yang, Z. Yang, X. Ren, J. Zhang, J. Niu, J. Feng, and S. F. Liu, Nanoscale 9, 12316 (2017).
X. Dai, Y. Deng, C. H. Van Brackle, and J. Huang, Int. J. Extrem. Manuf. 1, 022004 (2019).
C. Zuo, D. Vak, D. Angmo, L. Ding, and M. Gao, Nano Energy 46, 185 (2018).
J. H. Kim, S. T. Williams, N. Cho, C. C. Chueh, and A. K. Y. Jen, Adv. Energy Mater. 5, 1401229 (2015).
G. Longo, C. Momblona, M. G. La-Placa, L. Gil-Escrig, M. Sessolo, and H. J. Bolink, ACS Energy Lett. 3, 214 (2018).
K. Liu, B. Chen, Z. J. Yu, Y. Wu, Z. Huang, X. Jia, C. Li, D. Spronk, Z. Wang, Z. Wang, S. Qu, Z. C. Holman, and J. Huang, J. Mater. Chem. A 10, 1343 (2022).
Funding
This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2018YFB1500103), the Joint Funds of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. U21A2072), the Natural Science Foundation of Tianjin (Grant No. 20JCQNJC02070), China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2020T130317), the Overseas Expertise Introduction Project for Discipline Innovation of Higher Education of China (Grant No. B16027), Tianjin Science and Technology Project (Grant No. 18ZXJMTG00220), the Key R&D Program of Hebei Province (Grant No. 19214301D), the Haihe Laboratory of Sustainable Chemical Transformations, and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, Nankai University. Sayantan Mazumdar thanks Dr. Biao Shi (Nankai University) for useful discussions
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding authors
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Mazumdar, S., Zhao, Y. & Zhang, X. Comparative architecture in monolithic perovskite/silicon tandem solar cells. Sci. China Phys. Mech. Astron. 66, 217304 (2023). https://doi.org/10.1007/s11433-022-1928-8
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-022-1928-8
- tandem solar cell
- silicon solar cell
- perovskite
- perovskite solar cell
- solar cell architecture
- polarity of tandem solar cell
- photoelectrochemical cells
- photoconduction and photovoltaic effects
- solar cells and arrays