Electrical characterization of P3HT:PCBM organic solar cells by admittance spectroscopy: defect investigation

C

Effect of ultrasonic homogenization on the Vis/NIR bulk optical properties of milk

status: publishe

Reconsidering figures of merit for performance and stability of perovskite photovoltaics

The development of hybrid organic-inorganic halide perovskite solar cells (PSCs) that combine high performance and operational stability is vital for implementing this technology. Recently, reversible improvement and degradation of PSC efficiency have been reported under illumination-darkness cycling. Quantifying the performance and stability of cells exhibiting significant diurnal performance variations is challenging. We report the outdoor stability measurements of two types of devices showing either reversible photo-degradation or reversible efficiency improvement under sunlight. Instead of the initial (or stabilized) efficiency and T as the figures of merit for the performance and stability of such devices, we propose using the value of the energy output generated during the first day of exposure and the time needed to reach its 20% drop, respectively. The latter accounts for both the long-term irreversible degradation and the reversible diurnal efficiency variation and does not depend on the type of process prevailing in a given perovskite cell

Organic bulk heterojunction solar cells: from single cell towards flexible photovoltaic module.

Verschillende geo-politieke conflicten, maar ook vele natuurrampen maken duidelijk dat er zowel economisch als ecologisch een grote nood is om w erk te maken van duurzamere methodes voor de opwekking van energie. Er z ijn al heel wat technologieën beschikbaar om dit te verwezenlijken en no g andere worden verder ontwikkeld of onderzocht. De verwachtingen zijn d at fotovoltaische omzetting van het overvloedig beschikbare zonlicht in onmiddellijk bruikbare electriciteit binnen enkele tientallen jaren een belangrijke bijdrage zal leveren tot de totale energievoorziening in de wereld. Op dit ogenblik hebben vooral kost-efficientie aspecten ee n algemene doorbraak van deze technologie op grote schaal nog verhinderd . Optimalisatie van bestaande alsook verdere ontwikkeling van nieuwe ben aderingen moet er toe kunnen leiden dat de kost doorheen het ganse produ ctieproces van fotovoltaische structuren verlaagd kan worden. Zo zullen deze dan competitief worden met andere energiebronnen. Het gebruik van organische geconjugeerde materialen in nieuwe types van fotovoltaische structuren levert het potentieel voor de productie van zo nnecellen en modules tegen lage kost. Chemische aanpassingen bieden daar bij de mogelijkheid om een breed gamma aan materialen te ontwikkelen met specifieke opto-electronische eigenschappen die op verschillende manier en verwerkt kunnen worden. De sterke absorptie in veel van deze organisc he halfgeleiders zorgt er bovendien voor dat slechts dunne lagen nodig z ijn voor de zonnecellen waardoor de materiaalkost alvast sterk wordt ger educeerd. Bovendien kan met zulke dunne lagen de mechanische flexibilite it van organische vaste stoffen optimaal benut worden. Meestal kunnen de ze materialen bij lage temperaturen aangebracht worden zodat heel wat ve rschillende dragers gebruikt kunnen worden, zoals o.a. eenvoudige plasti ek folies. Dus de eenvoudige verwerking van dunne volledig flexibele fot ovoltaische structuren met een gering gewicht komt zeker binnen handbere ik wanneer organische geconjugeerde materialen in acht worden genomen. E erste ontwikkelingen in de richting van een dergelijke technologie wordt beschreven in dit werk. Er wordt aangetoond dat de bulk donor/acceptor heterojunctie een veelbel ovende benadering is voor organische zonnecellen, zeker wanneer vaste-st of structuren beschouwd worden. Een grondige studie van zo n structuur w ordt dan ook behandeld in dit werk. Aangezien naast een dieper fundament eel begrip van de werking ook de productie van dit soort zonnecellen wor dt beschouwd, met het oog op het realiseren van volledig flexibele fotov oltaische modules op grote schaal, werd er voor gekozen om te focussen o p een polymeer gebaseerde actieve laag, met poly(phenylene vinylene) als donor en een C60 derivaat als acceptor. Het werk kan daarbij opgedeeld worden in twee grote delen, met dit materiaalsysteem als leidraad. Ten e erste wordt een eenvoudige beschrijving van deze zonnecel nagestreefd, i n combinatie met het verkrijgen van meer fundamentele inzichten. In rela tie hiermee worden eveneens nieuwe materialen bestudeerd. In een tweede deel wordt de mogelijkheid onderzocht om over te gaan naar een grootscha ligere aanmaak door het introduceren van een druktechniek. Eerst wordt een grondige beschrijving gegeven van de manier waarop een s tandaard bulk heterojunctie zonnecel kan gemaakt worden met een actieve laag van de gegeven materialen. Een eenvoudige fotovoltaische karakteris atie van dit systeem wordt gegeven waarbij een algemene manier wordt aan gereikt voor de evaluatie van dergelijke zonnecellen. Een suggestie voor de beschrijving wordt gedaan aan de hand van het welgekende superpositi e principe om enkele fysische aspecten van deze structuren toe te lichte n. Niettemin kan een dergelijke eenvoudige analyse geen eenduidig beeld gev en van de generatie en het transport van de verschillende ladingsdragers . Daarom worden er nog andere experimenten uitgevoerd. Hierbij wordt de verhouding van donor materiaal ten opzichte van het acceptor materiaal s terk gevarieerd. Het belang van een goede balans in het ladingstransport om de fotostroom te optimaliseren in het bi-continu netwerk wordt hierd oor sterk verduidelijkt. Ook de invloed van de donor/acceptor verhouding op de fotospanning wordt bestudeerd. In relatie met de voorgaande bevindingen worden nieuwe materialen getest . De prestaties van zonnecellen met zowel nieuwe donor materialen als ee n alternatieve acceptor worden bekeken ten opzichte van die van het stan daard materiaal systeem. Optische en electrische metingen tonen verder a an waarom er zich bepaalde tekortkomingen of verbeteringen voordoen. Tot hiertoe werd spin coating gebruikt voor het aanbrengen van de actiev e organische laag. Het is echter niet erg waarschijnlijk dat deze techni ek op grote schaal zal worden toegepast in industriële productie van zon necellen. Daarom wordt de toepasbaarheid van een druktechniek onderzocht . Dit maakt het mogelijk om de actieve laag onmiddellijk te structureren , in tegenstelling tot spin coating. De productie van monolithische modu les wordt daardoor mogelijk. Eerste resultaten voor dergelijke organisch e modules zowel op glas als op flexibele dragers worden verduidelijkt. V erder wordt de verwerking van de transparente electrode vooraan alsook d ie van het electrische contact achteraan met deze druktechniek beschreve n. Ter afsluiting wordt er ook een korte vooruitblik gegeven op het werk da t nog openligt voor de toekomst.status: publishe

Outdoor Measurement and Modeling of Perovskite Module Temperatures

Photovoltaic cells and modules are exposed to partially rapid changing environmental parameters that influence the device temperature. The evolution of the device temperature of a perovskite module of 225 cm2 area is presented during a period of 25 days under central European conditions. The temperature of the glass-glass packaged perovskite solar module is directly measured at the back contact by a thermocouple. The device is exposed to ambient temperatures from 3 to 34 °C up to solar irradiation levels exceeding 1300 W m-2. The highest recorded module temperature is 61 °C under constant high irradiation levels. Under strong fluctuations of the global solar irradiance, temperature gradients of more than 3 K min-1 with total changes of more than 20 K are measured. Based on the experimental data, a dynamic iterative model is developed for the module temperature evolution in dependence on ambient temperature and solar irradiation. Furthermore, specific thermal device properties that enable an extrapolation of the module response beyond the measured parameter space can be determined. With this set of parameters, it can be predicted that the temperature of the perovskite layer in thin-film photovoltaic devices is exceeding 70 °C under realistic outdoor conditions. Additionally, perovskite module temperatures can be calculated in final applications.status: publishe

Light Management Enhancement for Four-Terminal Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells: The Impact of the Optical Properties and Thickness of the Spacer Layer between Sub-Cells

Mechanical stacking of a thin film perovskite-based solar cell on top of crystalline Si (cSi) solar cell has recently attracted a lot of attention as it is considered a viable route to overcome the limitations of cSi single junction power conversion efficiency. Effective light management is however crucial to minimize reflection or parasitic absorption losses in either the top cell or in the light in-coupling of the transmitted light to the bottom sub-cell. The study here is focused on calculating an optimum performance of a four-terminal mechanically stacked tandem structure by varying the optical property and thickness of the spacer between top and bottom sub-cells. The impact of the nature of the spacer material, with its refractive index and absorption coefficient, as well as the thickness of that layer is used as variables in the optical simulation. The optical simulation is done by using the transfer matrix-method (TMM) on a stack of a semi-transparent perovskite solar cell (top cell) mounted on top of a cSi interdigitated back contact (IBC) solar cell (bottom cell). Two types of perovskite absorber material are considered, with very similar optical properties. The total internal and external short circuit current (Jsc) losses for the semitransparent perovskite top cell as a function of the different optical spacers (material and thickness) are calculated. While selecting the optical spacer materials, Jsc for both silicon (bottom cell) and perovskite (top cell) were considered with the aim to optimize the stack for maximum overall short circuit current. From these simulations, it was found that this optimum in our four-terminal tandem occurred at a thickness of the optical spacer of 160 nm for a material with refractive index n = 1.25. At this optimum, with a combination of selected semi-transparent perovskite top cell, the simulated maximum overall short circuit current (Jsc-combined, max) equals to 34.31 mA/cm². As a result, the four-terminal perovskite/cSi multi-junction solar cell exhibits a power conversion efficiency (PCE) of 25.26%, as the sum of the perovskite top cell PCE = 16.50% and the bottom IBC cSi cell PCE = 8.75%. This accounts for an improvement of more than 2% absolute when compared to the stand-alone IBC cSi solar cell with 23.2% efficiency.status: publishe