Organic–inorganic hybrid perovskite materials are excellent candidates as light absorbers in tandem solar cells with advantages of tunable bandgaps, high absorption coefficients, and facile and low-cost fabrication processes. As the key component of a tandem structure, the interconnecting layer (ICL) requires optical transparency, efficient carrier recombination, and facile up-scalability. To demonstrate the feasibility of an efficient TCO-free ICL in all-perovskite tandem solar cell devices, we have performed a comprehensive computational analysis using the transfer matrix method. The results suggest that varying the silver recombination layers up to 3 nm does not present a significant effect on the maximum achievable photocurrent (MAPC) of the cell. Moreover, the highest MAPC from the tandem cell with the lowest sensitivity to electron and hole transport layer thicknesses can be obtained by the transport layers with refractive indices within the range of 1.9–2.6. The findings are of direct practical relevance, i.e., with meeting our optical framework, a fabrication procedure can be merely directed toward the electrical optimization of the ICL. The presented methodology can serve as an introduction to benchmark ICL design for multi-junction excitonic solar cells.

1.
M. A.
Green
,
E. D.
Dunlop
,
J.
Hohl-Ebinger
,
M.
Yoshita
,
N.
Kopidakis
, and
A. W. Y.
Ho-Baillie
,
Prog. Photovoltaics
28
,
3–15
(
2020
).
2.
A. K.
Jena
,
A.
Kulkarni
, and
T.
Miyasaka
,
Chem. Rev.
119
,
3036
(
2019
).
3.
M.
Ameri
,
M.
Ghaffarkani
,
R. T.
Ghahrizjani
,
N.
Safari
, and
E.
Mohajerani
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
205
,
110251
(
2020
).
4.
W. E. I.
Sha
,
X.
Ren
,
L.
Chen
, and
W. C. H.
Choy
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
221104
(
2015
).
5.
R.
Asadpour
,
R. V. K.
Chavali
,
M.
Ryyan Khan
, and
M. A.
Alam
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
243902
(
2015
).
6.
A. F.
Palmstrom
,
G. E.
Eperon
,
T.
Leijtens
,
R.
Prasanna
,
S. N.
Habisreutinger
,
W.
Nemeth
,
E. A.
Gaulding
,
S. P.
Dunfield
,
M.
Reese
,
S.
Nanayakkara
,
T.
Moot
,
J.
Werner
,
J.
Liu
,
B.
To
,
S. T.
Christensen
,
M. D.
McGehee
,
M. F. A. M.
van Hest
,
J. M.
Luther
,
J. J.
Berry
, and
D. T.
Moore
,
Joule
3
,
2193
(
2019
).
7.
R.
Lin
,
K.
Xiao
,
Z.
Qin
,
Q.
Han
,
C.
Zhang
,
M.
Wei
,
M. I.
Saidaminov
,
Y.
Gao
,
J.
Xu
,
M.
Xiao
,
A.
Li
,
J.
Zhu
,
E. H.
Sargent
, and
H.
Tan
,
Nat. Energy
4
,
864
(
2019
).
8.
K.
Xiao
,
R.
Lin
,
Q.
Han
,
Y.
Hou
,
Z.
Qin
,
H. T.
Nguyen
,
J.
Wen
,
M.
Wei
,
V.
Yeddu
,
M. I.
Saidaminov
,
Y.
Gao
,
X.
Luo
,
Y.
Wang
,
H.
Gao
,
C.
Zhang
,
J.
Xu
,
J.
Zhu
,
E. H.
Sargent
, and
H.
Tan
,
Nat. Energy
5
,
870
(
2020
).
9.
S.
Lu
,
H.
Lin
,
S.
Zhang
,
J.
Hou
, and
W. C. H.
Choy
,
Adv. Energy Mater.
7
,
1701164
(
2017
).
10.
M.
Stolterfoht
,
P.
Caprioglio
,
C. M.
Wolff
,
J. A.
Márquez
,
J.
Nordmann
,
S.
Zhang
,
D.
Rothhardt
,
U.
Hörmann
,
Y.
Amir
,
A.
Redinger
,
L.
Kegelmann
,
F.
Zu
,
S.
Albrecht
,
N.
Koch
,
T.
Kirchartz
,
M.
Saliba
,
T.
Unold
, and
D.
Neher
,
Energy Environ. Sci.
12
,
2778
(
2019
).
11.
B.
Pashaei
,
H.
Shahroosvand
,
M.
Ameri
,
E.
Mohajerani
, and
M. K.
Nazeeruddin
,
J. Mater. Chem. A
7
,
21867
(
2019
).
12.
N.
Yaghoobi Nia
,
M.
Zendehdel
,
M.
Abdi-Jalebi
,
L. A.
Castriotta
,
F. U.
Kosasih
,
E.
Lamanna
,
M. M.
Abolhasani
,
Z.
Zheng
,
Z.
Andaji-Garmaroudi
,
K.
Asadi
,
G.
Divitini
,
C.
Ducati
,
R. H.
Friend
, and
A.
Di Carlo
,
Nano Energy
82
,
105685
(
2021
).
13.
Y.
Ko
,
H. J.
Park
,
C.
Lee
,
Y.
Kang
, and
Y.
Jun
,
Adv. Mater.
32
,
2002196
(
2020
).
14.
Z.
Yu
,
Z.
Yang
,
Z.
Ni
,
Y.
Shao
,
B.
Chen
,
Y.
Lin
,
H.
Wei
,
Z. J.
Yu
,
Z.
Holman
, and
J.
Huang
,
Nat. Energy
5
,
657
(
2020
).
15.
M.
Azadinia
,
M.
Ameri
,
R. T.
Ghahrizjani
, and
M.
Fathollahi
,
Mater. Today Energy
20
,
100647
(
2021
).
16.
C.
Li
,
Y.
Wang
, and
W. C. H.
Choy
,
Small Methods
4
,
2000093
(
2020
).
17.
K. X.
Steirer
,
G. A.
Macdonald
,
S.
Olthof
,
J.
Gantz
,
E. L.
Ratcliff
,
A.
Kahn
, and
N. R.
Armstrong
,
J. Phys. Chem. C
117
,
22331
(
2013
).
18.
Y.
Dou
,
Z.
Liu
,
Z.
Wu
,
Y.
Liu
,
J.
Li
,
C.
Leng
,
D.
Fang
,
G.
Liang
,
J.
Xiao
,
W.
Li
,
X.
Wei
,
F.
Huang
,
Y. B.
Cheng
, and
J.
Zhong
,
Nano Energy
71
,
104567
(
2020
).
19.
S.
Kim
,
B.
Kim
,
I.
Im
,
D.
Kim
,
H.
Lee
,
J.
Nam
,
H.
Kyoon Chung
,
H. J.
Lee
, and
S.
Min Cho
,
Nanotechnology
28
,
345201
(
2017
).
20.
T.
Lei
,
R.
Peng
,
W.
Song
,
L.
Hong
,
J.
Huang
,
N.
Fei
, and
Z.
Ge
,
J. Mater. Chem. A
7
,
3737
(
2019
).
21.
J.
Tong
,
Z.
Song
,
D. H.
Kim
,
X.
Chen
,
C.
Chen
,
A. F.
Palmstrom
,
P. F.
Ndione
,
M. O.
Reese
,
S. P.
Dunfield
,
O. G.
Reid
,
J.
Liu
,
F.
Zhang
,
S. P.
Harvey
,
Z.
Li
,
S. T.
Christensen
,
G.
Teeter
,
D.
Zhao
,
M. M.
Al-Jassim
,
M. F. A. M.
van Hest
,
M. C.
Beard
,
S. E.
Shaheen
,
J. J.
Berry
,
Y.
Yan
, and
K.
Zhu
,
Science
364
,
475
(
2019
).
22.
X.
Chen
,
Z.
Jia
,
Z.
Chen
,
T.
Jiang
,
L.
Bai
,
F.
Tao
,
J.
Chen
,
X.
Chen
,
T.
Liu
,
X.
Xu
,
C.
Yang
,
W.
Shen
,
W. E. I.
Sha
,
H.
Zhu
, and
Y. (M.)
Yang
,
Joule
4
,
1594
(
2020
).
23.
J.
Werner
,
G.
Nogay
,
F.
Sahli
,
T. C. J.
Yang
,
M.
Bräuninger
,
G.
Christmann
,
A.
Walter
,
B. A.
Kamino
,
P.
Fiala
,
P.
Löper
,
S.
Nicolay
,
Q.
Jeangros
,
B.
Niesen
, and
C.
Ballif
,
ACS Energy Lett.
3
,
742
(
2018
).
24.
S. Manzoor, “Light management for silicon and perovskite tandem solar cells,” Ph.D. dissertation (Arizona State University, 2019).
25.
C.
Wang
,
Z.
Song
,
C.
Li
,
D.
Zhao
, and
Y.
Yan
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1808801
(
2019
).
26.
T. C. J.
Yang
,
P.
Fiala
,
Q.
Jeangros
, and
C.
Ballif
,
Joule
2
,
1421
(
2018
).
27.
G. E.
Eperon
,
M. T.
Hörantner
, and
H. J.
Snaith
,
Nat. Rev. Chem.
1
,
0095
(
2017
).
28.
T.
Leijtens
,
K. A.
Bush
,
R.
Prasanna
, and
M. D.
McGehee
,
Nat. Energy
3
,
828
(
2018
).
29.
M.
Koç
,
W.
Soltanpoor
,
G.
Bektaş
,
H. J.
Bolink
, and
S.
Yerci
,
Adv. Opt. Mater.
7
,
1900944
(
2019
).
30.
M.
Koç
,
G.
Kartopu
, and
S.
Yerci
,
Materials
13
,
1860
(
2020
).
31.
S.
Seo
,
I. J.
Park
,
M.
Kim
,
S.
Lee
,
C.
Bae
,
H. S.
Jung
,
N. G.
Park
,
J. Y.
Kim
, and
H.
Shin
,
Nanoscale
8
,
11403
(
2016
).
32.
Y.
Smirnov
,
L.
Schmengler
,
R.
Kuik
,
P. A.
Repecaud
,
M.
Najafi
,
D.
Zhang
,
M.
Theelen
,
E.
Aydin
,
S.
Veenstra
,
S. D.
Wolf
, and
M.
Morales-Masis
,
Adv. Mater. Technol.
6
,
2000856
(
2021
).
33.
D. T.
Grant
,
K. R.
Catchpole
,
K. J.
Weber
, and
T. P.
White
,
Opt. Express
24
,
A1454
(
2016
).
34.
R. E.
Beal
,
N. Z.
Hagström
,
J.
Barrier
,
A.
Gold-Parker
,
R.
Prasanna
,
K. A.
Bush
,
D.
Passarello
,
L. T.
Schelhas
,
K.
Brüning
,
C. J.
Tassone
,
H. G.
Steinrück
,
M. D.
McGehee
,
M. F.
Toney
, and
A. F.
Nogueira
,
Matter
2
,
207
(
2020
).
35.
D.
Lan
,
J. F.
Geisz
,
M. A.
Steiner
,
I.
Garcia
,
D. J.
Friedman
, and
M. A.
Green
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
143
,
48
(
2015
).
36.
C.
Dreessen
,
D.
Pérez-del-Rey
,
P. P.
Boix
, and
H. J.
Bolink
,
J. Lumin.
222
,
117106
(
2020
).
37.
D.
Lan
and
M. A.
Green
,
Prog. Photovoltaics
24
(
12
),
1566
1576
(
2016
).
38.
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
).
39.
A. R.
Bowman
,
F.
Lang
,
Y. H.
Chiang
,
A.
Jimenez-Solano
,
K.
Frohna
,
G. E.
Eperon
,
E.
Ruggeri
,
M.
Abdi-Jalebi
,
M.
Anaya
,
B. V.
Lotsch
, and
S. D.
Stranks
,
ACS Energy Lett.
6
,
612
(
2021
).
40.
K.
Jäger
,
P.
Tillmann
,
E. A.
Katz
, and
C.
Becker
,
Sol. RRL
5
,
2000628
(
2021
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.