Достижения и приоритеты исследований

Перовскитные солнечные батареи(ПСК)Эффективность значительно повысилась, но напряжение включено(ЛОС)Это ниже теоретического предела. Это происходит из - за несоответствия уровней энергии и критических интерфейсов (в частности,СНО₂/Нерадиационные комбинированные потери на границе залегания перовскита. Недостатки погребенного интерфейса являются основной проблемой, точное регулирование этого интерфейса является улучшениемПСККлюч к производительности.

Об этом сообщается в ведущих международных журналах.Передовые материалы (Adv. Mater.)Исследования, проведенныеГонконгский политехнический университет (Ганг Ли) Профессор иКуан ЛюКоманда профессоровА, иГонконгский университет.Цзиняо ТанПрофессор иЛи МинГруппа доцентовСовместное руководство. В отношенииЛОСПроблема потерь, разработанная инновационная« Скрытый интерфейс»(Регулирование погребенного интерфейса, BIM)« СтратегияС помощью конкретногоСамосборные производные фосфонатов(MeOBTBT-POEt)ВСНО₂/Построить перовскитный интерфейсШаблон кристаллического привода перовскита. Этот шаблон проходит через твердое-Процесс твердофазного перехода самосборка образует высоконаправленную сверхмолекулярную структуру.

Основные концепции и механизмы функционирования- Исследование фокусируется наMeOBTBT-ПоэтМножественные ключевые роли сверхмолекулярных шаблонов в погребенных интерфейсах:

•Стимулирование роста предпочтительных кристаллов:: Содействие образованию высокопредпочтительных перовскитов Внешне.(100)Направление кристалла облегчает вертикальную передачу носителей.ДФТРасчеты показывают его и(100)Взаимодействие лиц(...)0,94 ЭВ)А.

•Оптимизация выравнивания уровней и извлечения носителей: дипольный момент материала(1,89 D)Регулируйте уровень интерфейса, извлекая электроны из потенциального барьера0,24 ЭВСнижение-0,03 eV14Ускорить перенос носителей.

•Активная пассивация дефектов:: Молекулярная структура может « позитивно» пассивироватьсяСно215И перовскит.16Недостатки, присущие интерфейсу, эффективно подавляют нерадиоактивные комплексы.

Основные результаты исследований

•Эффективность преобразования мощности(ПСЕ): Достижение25,34%ВысотаПЦЕА.

•потеря напряжения в очень низком открытом контуре(дефицит ЛОС)А.Достижение максимумаЛОС 1,23 ВВ. Для1,536 ЭВПеровскит в щелях,ЛОСПотери только0,306 ВДостижение теоретических пределов.97,2%А.

•Эффективное подавление нерадиоактивных комплексов:

○ Электролюминесцентная внешняя квантовая эффективность(EL-EQE)Значительное повышение до10,29%А.

○фотолюминесцентная квантовая эффективность(PLQY)Повышение до27,06%А.

○квазифермионное расщепление(QFLS)Потери от62 меВЗначительное снижение34 меВПодтверждено сверхнизкоеЛОСПотери в основном связаны с ликвидацией нерадиоактивных комплексов. Плотность ловушек значительно снижается.

•Превосходная долгосрочная эксплуатационная стабильность: в условиях жестких испытаний(ISOS-L-3: MPP, 65 °C, 50% RV)Достигнуто свыше1200ЧасовойТ92Продолжительность жизни.

Рисунок 4e

Исследовательская группа

Об этом сообщается в ведущих международных журналах. Передовые материалыИсследование, автором которого являетсяЛи Ган из Гонконгского технологического университета(Ганг Ли) Профессор иКуан Лю教授и, и, иГонконгский университет.Цзиняо Тан教授А.

Это важное исследовательское сотрудничество объединяет академические силы Гонконгского политехнического университета и Гонконгского университета, а также исследовательские группы из различных академических подразделений, таких как Шэньчжэньский филиал Китайского университета в Гонконге и Китайский университет в Гонконге, чтобы провести углубленное и плодотворное исследование ключевых вопросов повышения производительности солнечных батарей из перовскита.

Контекст исследования

•Открытое напряжение(ЛОС)Слишком большие потери: Несмотря на повышение эффективности,ПСК的ЛОСОтставание от теоретических пределов.

•Нерадиационные комбинированные потери на критических интерфейсах: Это приводит кЛОСОдна из основных причин потерь. В частностиСНО₂/граница залегания перовскитаЕго дефекты могут вызвать серьезные нерадиоактивные комплексы.

•Внутренние дефекты погребенного интерфейсаА.СНО₂Уровень передачи электронов(ETL)Неправильное расположение поверхностиSn2+ (Sn-OH)Это создает мелкие ловушки, которые мешают перовскитам иETLЭффективность передачи электронов между ними. Дефекты самого перовскита (например, несоответствующие)Пб2+) Тоже проблема. Глубокие дефекты являются основным центром нерадиологического комплекса.

•Уровень интерфейса не совпадаетА.СНО₂Может быть электронная экстракция/Передающий энергетический барьер не способствует эффективной передаче носителей.

•Ограничения пассивации традиционных интерфейсов: Несмотря на модификацию встроенного интерфейса (например, использование самосборного мономолекулярного слоя)SAMИли молекулярный мост) рассматривается как синергическая стратегия для устранения недостатков, улучшения взаимодействия интерфейсов и выравнивания энергетических уровней, и уже достигнуты некоторые результаты, но есть много возможностей для дальнейшего улучшенияЛОСА.

•Игнорирование молекулярной конфигурации интерфейса и роли шаблонов:: Предыдущие исследования интерфейсных вставных слоев уделяли меньше внимания расположению и ориентации этих молекулярных слоев, а их роль в качестве шаблонов для регулирования образования и кристаллизации перовскитных пленок часто игнорировалась.

•Недостатки интерфейса влияют на стабильностьКомпозитные центры и дефекты интерфейса также ускоряют разложение перовскита при тепловом и влажном давлении.

Рисунок 3d

решение

Исследовательская группа разработала и применила инновационный подход« Скрытый интерфейс»(BIM)"Стратегия, ядром которой является:

1.Построить шаблон кристаллического привода перовскита: ВСНО₂Уровень передачи электронов(ETL)Захороненный интерфейс с кальциево - титановым пластом, использующий конкретныйСамосборные производные фосфонатов(MeOBTBT-POEt) Материал, через твердое-Процесс твердофазного перехода образует высоконаправленный сверхмолекулярный шаблон.

2.Многофункциональное действие сверхмолекулярных материалов: ЭтоMeOBTBT-ПоэтМолекулы играют несколько ключевых ролей в интерфейсе:

○Стимулирование роста предпочтительных кристаллов:: Шаблоны могут приводить перовскит к приоритету вдоль(100)направление кристалла Растет в направлении внешней плоскости. Это потому, чтоMeOBTBT-Поэти(100)Кристаллическая поверхность взаимодействует и обеспечивает термодинамическую движущую силу.

○Оптимизация выравнивания энергетических уровней и содействие извлечению носителей: дипольный момент молекулы(1,89 D)Регулирование уровня интерфейса, снижение электронного извлечения/Передача энергетических барьеров позволяет электронам более эффективно перемещаться из перовскитаСНО₂Слой.

○Активная пассивация дефектовВ отличие от традиционных пассивных методов,MeOBTBT-ПоэтФункциональные части молекулярной структуры (особенно фосфонатные группы)« Активно» пассивацияСНО₂Неправильное расположение поверхностиСН2+Дефекты и дефекты с кальциево - титановыми минеральными слоями (например, несоответствующиеПб2+Происходит химическое взаимодействие, которое эффективно подавляет нерадиоактивные комбинированные потери интерфейса.

Рисунок 2c

Экспериментальный процесс и шаги

1.Подготовка специальных молекул:: Исследовательская группа сначала разработала специальную молекулу производных двух родственных фосфонатов под названиемMeOBTBT-ПоэтЭта молекула содержит твердыйБТБТЯдро и гибкий алкильный хвост с группой фосфонатов.

2.Нижний слойСНО₂Подготовка электронного транспортного слоя: Исследование использованияФТО /Стекло как фундамент. После очистки слой осаждается путем ротацииСНО₂Раствор. После этогоСНО₂Пленка проходит в атмосфере окружающей среды.200 °CОтжигательная обработка.

3.MeOBTBT-ПоэтПостроение слоя шаблонов: После отжигаСНО₂ Фундамент переносится в бардачки. Будет готов.MeOBTBT-ПоэтМолекулы растворяются в хлорбензоле(Хлорбензол, КБ)В растворителе. Эта молекула используется для последующего вращения перовскитаДМФ/ДМСОРастворимость в смешанном растворителе крайне низкая, чтобы последующие шаги не повредили уже сформированныеMeOBTBT-ПоэтСлой. Впоследствии, будетMeOBTBT-ПоэтРаствор закручиваетсяСНО₂ Поверхность слоя электронной передачи. Исследование показало, что молекула проходит через интерфейсСамосборкаСпособ, и черезтвердый-твердофазный процессФормирование одногоСверхмолекулярные шаблоны с высокой упорядоченностьюДаже при комнатной температуре его слабые межмолекулярные взаимодействия способствуют формированию упорядоченной структуры. При нагревании (например,60 °CМожно ускорить этот процесс фазового перехода.

4.осаждение кальциево - титановой руды и индуцированная шаблонами кристаллизация:: Приготовьте раствор прекурсора перовскита определенного состава, содержащийФАИАМАБРАМАЦЛАPbBr2АПбИ2иCsIРастворить вДМФ/ДМСОВ смешанных растворителях. Ротация раствора предшественника перовскита до модификацииMeOBTBT-Поэт的СНО₂На фундаменте. После закручивания, в контролируемой влажности(20%-30% RH)Выполните отжиг.(100 °C)В этом процессе уже сформированыMeOBTBT-ПоэтСупермолекулярный шаблонШаблон кристаллического привода перовскитаИндустрируйте кристаллы перовскита в определенном направлении.(Предпочтительно в направлении внешней плоскости.)(100)Кристаллическое направление)Рост и кристаллизация. Исследования также показали,MeOBTBT-ПоэтМолекулы иСНО₂Поверхность существуетХимическое взаимодействие& НедостаточноСН2+Выполнение кооперации.

5.Осадки последующего функционального слоя:: После образования слоя кальциево - титановой руды образец переносится обратно в коробку. Последовательное вращение дырочного транспортного слоя(БАБР)испиро-ОМЕТАД)И проводить отжиг.

6.Подготовка металлических электродов:: Наконец, посредством термического испарения, осаждается слой80 нмТолстый золотой электрод для завершения подготовки аккумуляторного устройства.

Рисунок 1b

Результаты исследований

внешняя квантовая эффективность электролюминесценции(EQEEL)квазиферминовый расщепление(QFLS)анализ

Исследовательская группа используетЭнелитех LQ-100фотолюминесцентная квантовая система измерения производительностиЗапись внешней квантовой эффективности электролюминесценции(EL EQE)Спектр. В соответствии с равнымАОПри плотности тока впрыскаEQEELВычисление значенийЛОСУбытки. В соответствии с квантовой производительностью фотолюминесценции(PLQY)И предел излучения(ЛОС, рад)Анализ полуструктурных образцов перовскитаQFLSА.ЛОС, радИз устройстваEQEСпектр рассчитывается с помощью детальной балансировочной модели.

рисунокС27А.EQEELКривая.

рисунок4дА.ПЛКИЗначение

рисунок4еА.QFLSСумма ΔЛОС, рад-QFLS)Значения.

После оптимизацииBIMАппаратурапоказатьEQEELЗначительное увеличение(10.29%)Больше, чем контрольное устройство.(2.73%). Это указывает на нерадиоактивные комбинированные потери(ΔЛОС, № = 58,8 мВ)Значительное снижение, иДж-ВИзмерительныйЛОСРазличия совпадают. Измененная полуструктура перовскита показывает более высокуюPLQY(27.06% против 9.09%)Это имеет решающее значение для достижения высокого светового напряжения.QFLSАнализ показываетBIMПотеря энергии устройства - дельта.(ЛОС, рад-QFLS)Значительное сокращение(от62меВдо34 меВ)А.Вместе эти результаты показывают, что сверхнизкиеЛОСУбытки в основном связаны сСНО₂Эффективное удаление нерадиоактивных соединений на границе с залеганием перовскитаА.

Энелитехновое поколениеКарта QFLSИзмерительные приборы мощные! Быстрый контроль качества материала!

Компания Enlitech QFLS-Maper，1 / 5Цены на оборудование можно использовать.КартированиеФункциональные результатыИзображение QFLSВизуализация общего распределения квазиФерми уровня энергии, преимущества и недостатки материала с первого взгляда!

Следите за нами и получайте больше новостейЭй!

Плотность тока-напряжение(J-V)Характеристика и внешняя квантовая эффективность(EQE)Спектр

Исследовательская группа используетЭнелитех的СС-X AM1.5GСтандартный симулятор солнечного светапроводитьДж-ВИзмерение кривых, иQE-RКвантовая система измерения эффективностиИзмерение внешней квантовой эффективности.(EQE)Спектр. измерительный прибор с использованием таблицы источникаДж-ВКривая. Для оценки эффекта гистерезиса проводится как положительное, так и обратное сканирование. использоватьEQEСистемные измерительные приборы в300-850 нмСпектральная реакция в диапазоне длин волн.

рисунок4аА.Дж-Вкривая(Плотность токапротивнапряжение)А.

рисунок4bА.EQEСпектр(EQE)процентпротивДлина волны)А.

таблица 1А.Таблица с агрегированными фотоэлектрическими параметрами.

проходитьMeOBTBT-ПоэтРемонтныйBIMУстройство демонстрирует значительно более высокие фотоэлектрические свойства, чем контрольное устройство.ПКЭ (25,34% против 22,81%)АЛОС (1.23В против 1.197В)иFF(82,28% против 75,99%)А.АОиEQEИнтегрированные результаты совпадают.EQEСпектр отражает эффективность реакции устройства на разных длинах волн. После оптимизацииBIMУстройство показывает наименьшийДж-ВОтсроченный эффект. Эти диаграммы и данные свидетельствуют о значительном повышении эффективности преобразования и снижении эффективности устройств с помощью встроенных интерфейсов.ЛОСПрямые доказательства потерь.

Хспектрометр диффракции лучей(XRD)/широкий угол стреловидного паденияХРассеяние лучей(ГИВАКС)

мониторингMeOBTBT-ПоэтЭволюция кристаллической структуры в процессе теплового отжига, анализMeOBTBT-ПоэтвСНО₂Кристаллические свойства и ориентация, а также анализ кристаллической ориентации перовскитной пленки.Используя различные методы структурирования,Исследовательская группаПодтверждено.MeOBTBT-ПоэтвСНО₂/Интерфейс залегания перовскита может образовывать специфическую кристаллическую структуру и эффективно индуцировать приоритетный рост перовскита. (Рисунок1bДиаграмма2аДиаграммаС17)

Хспектр рентгеновских фотоэлектронов(XPS)

研究MeOBTBT-ПоэтиСНО₂Между иMeOBTBT-ПоэтХимическая среда и взаимодействие с перовскитом, чтобы проверить эффект пассивации интерфейса.XPSРезультаты в совокупности подтверждаютMeOBTBT-ПоэтНе только сСНО₂ Происходит химическое действие, но также сильно скоординировано с кальциево - титановой рудой, а затемАктивно пассивируется.СНО₂ Свободные места в кислороде и нераспределенные места в перовскитеПб2+Недостатки.(рисунок3а, b, с)

спектр ультрафиолетовых фотоэлектронов(UPS)

Оценка электронных селективных интерфейсов(СНО)₂/Перовскит)Структура энергетической зоны, измерениеСНО₂После модификацииСНО₂и перовскитной пленки.(Рабочая функция)& Позиция уровня(Как в верхней ценовой зонеEVBM,Дно лентыЕЦБМ)А.MeOBTBT-ПоэтИзменить через свой отрицательный дипольный момент внутрь, чтобыСНО₂ Смещение функции вверх,Это значительно облегчает извлечение и передачу электронов в интерфейсе.(рисунок3d, е)

фотолюминесценция с временным разрешением(ТРПЛ)

Изучайте динамику переноса заряда интерфейса и оценивайте эффективность извлечения заряда путем измерения срока службы заряда. Растет вMeOBTBT-ПоэтРемонтныйСНО₂ На перовскитной пленке показан более короткий средний срок службы носителей(183,9 нс против 381,7 нс)Это показывает, чтоЭлектроны от кальциево - титановой рудыСНО₂ETLПолучение и передача более эффективны.(рисунок3f)

Термопроводящий наноспектр(ТАС)И импульсное напряжение(PV-SCLC)

Количественная оценка плотности ловушки(Нтрап)и его распределение на энергетическом уровне для оценки ингибирующего эффекта модификации интерфейса на дефектное состояние. Множественные характеристики результатов, единогласно подтверждены MeOBTBT-ПоэтМодификация эффективно снижает плотность ловушки на интерфейсе(Особенно с глубокими дефектами.)Это, в свою очередь, сильно подавляет нерадиоактивные комплексы.(рисунок4f )

Долгосрочное испытание операционной устойчивости

Прямая проверка долгосрочной стабильности перовскитовых солнечных элементов, модифицированных интерфейсом, в моделируемых суровых условиях.В условиях испытанийТ92Продолжительность жизни превышает 1200 ч 00 м.(рисунок4г)

заключение

Исследовательская группа успешно разработала и применила встроенную стратегию управления интерфейсом на основе шаблона сборки сверхмолекулСНО₂ Уровень передачи электронов(ETL)Введение двух родственных фосфонатных производных между залежами кальция и титанаMeOBTBT-ПоэтЭто значительно повышает производительность и долгосрочную стабильность перовскитовых солнечных батарей.

1.MeOBTBT-ПоэтСтруктурная эволюция и роль шаблонов: Исследование показалоMeOBTBT-ПоэтМолекулы могут бытьСНО₂Поверхностное закрепление-Твердая фаза для достижения сверхмолекулярной сборки, формированияУпорядоченная и плотная почти монокристаллическая структура.. Этот процесс самосборки как шаблон кристаллизации,Успешная индукция кристаллов перовскита по внешнему направлению(100)Ориентация ростаЭто облегчает вертикальную передачу носителей в устройстве.ДФТПодтверждение расчетовMeOBTBT-Поэт& Перовскит(100)Взаимодействие плоскостей кристаллов для(100)Приоритетная ориентация роста обеспечивает дополнительные термодинамические движущие силы.

2.Эффективная пассивация дефектов интерфейса:XPSРезультаты убедительно доказывают,MeOBTBT-ПоэтУспешно существуют не толькоСНО₂Поверхность, такжеиСНО₂И кальциево - титановые залежи сильно скоординированы.. Это взаимодействие эффективно пассивируетсяСНО₂Кислородные пробелы.(Проявление подавленияСН-ОХпик)и в перовските.Пб2+Такие присущие дефекты значительно уменьшают плотность дефектов интерфейса.

3.Оптимизация расположения полос и извлечение носителей облегчают:MeOBTBT-ПоэтМолекулы имеют чёткий дипольный момент.(1,89 D)Отрицательный дипольный момент внутрь вызываетСНО₂смещение функционала вверх(от4,16 ЭВПеренос3,82 ЭВ)Это смещение полосы значительно снижает уровень перовскита иСНО₂ETLМежду электронными извлечениями/Транспортный барьер(от0,24 ЭВСнижение-0,03 ЭВ)，Это значительно облегчает передачу и извлечение электронов в интерфейсе.А.

4.Нерадиационное комбинированное подавление и улучшение динамики носителей:ПроникновениеВедущая последовательностьЗамечено сокращение срока службы модифицированных плёночных носителей перовскита(183,9 нс против 381,7 нс)Это свидетельствует о повышении эффективности электронного извлечения.ТПВПоказывает более длительное время затухания напряжения,ТПКПоказывает более высокий уровень неуравновешенного сбора носителей и более короткое время затухания тока, что указывает на эффективный перенос носителей на интерфейсе и меньшее количество вспомогательных соединений с ловушками.EQEELЗначительное улучшение,ПЛКИЗначительное повышение,QFLSАнализ показал значительное снижение потерь энергии. Сводный дефектный признак(SCLC)АТАСАМотт-Шоттки)Подтверждено, что плотность состояния ловушки, особенно дефекты глубокого энергетического уровня, значительно уменьшились, а встроенный потенциал увеличился. этиРезультаты единодушно подтверждаютMeOBTBT-ПоэтМодификация сильно подавляет нерадиоактивные соединения на интерфейсе.А.

5.Значительное повышение производительности и стабильности устройства:Благодаря вышеупомянутому эффекту регулирования интерфейса, использованиеMeOBTBT-ПоэтРемонтно - зарытый интерфейсПСКДостигнуто до25,34%Эффективность фотоэлектрического преобразования(ПСЕ)Максимальное открытое напряжение(ЛОС)достигать1,23 ВА,ЛОСПотери только0,306 ВБлизкий к теоретическому пределу97,2%Кроме того, эта стратегия значительно повышает долгосрочную стабильность устройства при жестком комбинированном тепловом и влажном напряжении.(ISOS-L-3: MPP, 65)БС, 50% РВ)А,Т92Продолжительность жизни превышает1200 ч 00 м.

Источник: Advanced Materials DOI: 10.1002 / adma.202418011

Эта статья для Enlitech Light Technology переписана для научного обмена Если есть какие - либо нарушения, пожалуйста, сообщите