Предыстория исследования и трудности

Хотя перовскитные солнечные батареи быстро развиваются,Открытое напряжение значительно отстает от теории.Шокли-КвейсерПределЭто стало ключевым узким местом, ограничивающим повышение эффективности. Основные причины потери напряжения включают:Несоответствие энергетического слоя на критически важном интерфейсе и чрезмерное нерадиологическое соединениеОсобенно в традиционных структурах,Сно2Несоответствие поверхности слоя передачи электроновSn2+ (Sn-OH)Формирование мелких ловушек.Серьезно подрывает эффективность электронных передач. Эти дефекты интерфейса не только снижают производительность устройства, но и ускоряют деградацию перовскита в условиях тепла и влаги, что приводит к недостаточной долгосрочной эксплуатационной стабильности.

Исследовательская группа и важные результаты

Это прорывное исследованиеПрофессор Ли Ган, Политехнический университет Гонконга(Ганг Ли) АКуан ЛюПрофессор иЦзиняо Тан教授Совместное руководство с Гонконгским университетом науки и техники в Гуанчжоу иМили HKU-SIRIСотрудничество ученых, опубликовано в журнале"Передовые материалы"，вСНО2/Интерфейс залегания перовскита успешно построил самосборку двух родственных фосфонатов (MeOBTBT-ПоэтШаблоны для кристаллизации перовскитаИх инновационные методы не толькоЭто точно регулирует рост кристаллов перовскита.И одновременно эффективноУстановил дефекты интерфейса и оптимизировал выравнивание уровней.Решено принципиально.ЛОСПроблема убытков.

Резюме основных результатов исследований

Прорыв производительности устройства и потеря сверхнизкого напряжения:Команда исследователей успешно использовала перовскитные солнечные батареи(ПСК)的Открытое напряжение повышается до1,23 ВПотеря напряжения только0,306 В，До теоретических пределов97,2%- Да.Это очень низкий уровень потерь во всех перовскитовых системах. Устройство выполнено.25,34%Эффективность преобразования мощностиИспытано стандартным симулятором солнечного света,Дж-ВКривая не имеет очевидного гистерезисного эффекта.

Долгосрочная стабильность:В условиях жестких испытаний (65°С、50%Относительная влажность),ПСК的Т92Продолжительность жизни превышает1200часЭто значительно улучшает долгосрочную операционную стабильность в условиях тепла и влаги.

Точное управление ориентацией кристалла:MeOBTBT-ПоэтШаблоны формируют высоконаправленную сверхмолекулярную структуру посредством самосборки,Вызывает высокопредпочтительное образование перовскитов.(100)направление кристаллаА.ГИВАКССТесты подтвердили эту оптимизацию,ДФТВычислить шаблоны и(100)Энергия связывания кристаллов до-0,94 ЭВА.

Активация дефектов интерфейса и выравнивание энергетического уровня:MeOBTBT-ПоэтМолекулыАктивная пассивацияСно2Кислородные вакансии и перовскитыПб2+НедостаткиЕго высокий дипольный момент(1,89 D)Координируйте выравнивание энергетического уровня интерфейса, извлекая электроны из энергетической базы0,24 ЭВСнижение-0,03 ЭВА.XPSРезультаты подтвердили сильное взаимодействие,PV-SCLCИзмерения показывают плотность ловушки от1.02 × 10 ^ 16Снижение0,66×10^16 см^-3А.

Динамическая оптимизация носителей:Стратегия значительно подавляет нерадиоактивные комплексы и обеспечивает сверхнизкие потери напряжения. К числу ключевых показателей относятся:

• внешняя квантовая эффективность электролюминесценции(Выборы)от2.73%Повышение до10,29%Нерадиационные потери напряжения от93,1 мВСнижение58,8 мВ

• Производительность фотолюминесцентных квантов(PLQY)от9,09%Повышение до27,06%

• квазифермионное расщепление(QFLS)Анализ показывает, что потеря энергии62 меВСнижение34 меВ

• Ведущая последовательностьИзмерения подтвердили повышение эффективности электронного извлечения,ТПВ/ТПКИзмерения подтверждают уменьшение композиции носителей и повышение эффективности передачи

Экспериментальные шаги и процессы

Рисунок S1

1.Успешный синтез ключевых регуляторов интерфейсаMeOBTBT-Поэт

Команда успешно синтезировала производные фосфонатовMeOBTBT-ПоэтМолекула состоит из жесткого бензотиофена[3,2-b]Бензотиофен(БТБТ)Скелет и гибкий фосфонатный алкильный хвост имеют отличные характеристики самосборки.

2.ПроверкаMeOBTBT-ПоэтСамосборка и стабильность

Получено путем испарения растворителемMeOBTBT-ПоэтМонокристаллия и анализ кристаллических данных.Термогравиметрический анализ(ТГА)Оценка тепловой устойчивости，дифференциальный тепловой метод сканирования(ДСК)максимальные гарантированные лётные без учёта ухубшения в процессе эксплуатации сборки тепловых сверхмолекул в контрольной камереА.На местеХДифракция лучей(XRD)СпектрМониторинг эволюции кристаллической структуры пленки во время теплового отжига подтверждает, что молекула может быть собрана спонтанно при комнатной температуре, чтобы сформировать высокоупорядоченный двумерный монокристаллический шаблон.

3.Создание теоретической основы взаимодействия молекул и плоскостей перовскита

Использованиефункциональная теория плотности(ДФТ)РасчетОценкаMeOBTBT-ПоэтиFAPbI3Перовскит на разных кристаллах.((100)、(110)、(111))Взаимодействие обнаруживает его с(100)Кристаллы взаимодействуют.- Принято.ДФТВычислить электростатический потенциал(ЭСП)Оцените молекулярный дипольный момент и докажите его потенциал модификации интерфейса.

4.Подготовка высокопроизводительных перовскитовых солнечных элементов

По стандартун-и-пструктура(FTO/SnO2/MeOBTBT-POEt/Перовскит/ спиро-ОМЕТАД / Au)Приготовление устройств:

1. Базовая иСНО2 ETLПодготовитьА.Свободное осуществлениеОчистить стекло и ультрафиолетовое излучение-После обработки озономСно2Раствор,200°Сотжиг60минута

2. MeOBTBT-ПоэтИнтерфейсРазличные концентрации в бардачке.MeOBTBT-ПоэтХлорбензольный растворСНО2 ETLвверх

3. Кальциево - титановые отложения: ПодготовкаCs0.03(FA0.97MA0.03) 0.97Pb(I0.97Br0.03) 3Прекурсорный раствор(Полоса~ 1,53 eV)После закручивания вКонтролируемая влажность(20-30% СВ)В окружающей среде100°Сотжиг60минута

4. HTL& Подготовка электродов: Последовательное закручиваниеБАБРиспиро-ОМЕТАДРаствор,100°Сотжиг10минутаПоследнее термическое испарение отложений80 нмтолстыйАуЭлектроды

Рисунок 1a

Методы и результаты

квазифермионное расщепление(QFLS)и фотолюминесцентная квантовая эффективность(PLQY)Показать & результат

ПЛКИЭто индикатор поведения солнечных батарей,ПЛКрайне важно для достижения более высокого напряжения света.QFLSАнализ используется для углубленного изучения сложных иВ_ОКМеханизм потерь. измерениеСНО2/интенсивность фотолюминесценции образцов полуслоя перовскита и по формулеQFLS = qV_OC, rad + k_BТln(PLQY)Расчет квазиферминского деления. проходитьMeOBTBT-ПоэтРемонтныйСНО2/полуслоистый образец перовскитаПЛКИЗначительное повышение, от9,09%Увеличение до27,06%Соответствующая потеря энергии.Δ(V_OC,rad - QFLS)от62 меВЗначительно снижен до34 меВА.QFLSАнализ подтвердил,СверхнизкийВ_ОКУбытки в основном связаны сСНО2/Эффективное устранение нерадиоактивных соединений на границе залегания перовскитаА.

рисунок4дПоказать естьMeOBTBT-ПоэтРемонтныйСНО2/фотолюминесцентная квантовая эффективность полуслойных образцов перовскитаПЛКИВ)).

рисунок4еПоказать контрольную группу иBIMРазделение квазиферминовых уровней компонентов (QFLS) Результаты анализа.

таблицаС5Подводя итогВ_ОКАнализ потерь.

Новейшие технологии.QFLS-КартировщикАнализируйте верхний предел потенциала материала!

Компания Enlitech QFLS-MaperПозвольте вамКонкурентоспособный1 / 5Преимущества затратТаким образом, можно получить пространственное распределение иQFLSТехнология получения изображенийЧеткое отображение пространственного распределения квазиферметрового энергетического уровня, чтобы качество материала было ясным с первого взгляда!

Отслеживайте нашу динамику и получайте ее в первый разТехническая информация!

ток-Напряжение (Дж-В) Кривая

В стандартеAM 1,5 гПри освещении, использованиеEnliTech的SS-XСимулятор солнечного светаПроведение измерений и сканирование в положительном и обратном направлениях(1.25до-0,2 В)Оценка эффекта задержки, время задержки100 мсИспытательная площадь0,04 см2А.

Изменить границы погребения(BIM)Производительность перовскитных солнечных батарей значительно улучшилась,Максимальная эффективность преобразования мощности25,34%Открытое напряжение1,23 ВПлотность тока короткого замыкания25,10 мА см^-2Коэффициент заполнения82,28%. Устройства контрольной группыПЦЕза22,81%Открытое напряжение1,197 ВПлотность тока короткого замыкания25,08 мА см^-2Коэффициент заполнения75,99%А.

Для полос1,536 ЭВПеровскит,Потеря напряжения только0,306 ВДостижение теорииШокли-КвейсерПредельный97,2%А.Дж-ВИзмерения показываютОтсутствие заметного эффекта задержкиА.

рисунок4аА.Показать наилучшую производительность контрольной группы (КонтрольИзменение интерфейса встроенного (BIM) КомпонентДж-ВКривая.

таблица1 Подводя итог своим фотоэлектрическим свойствам.

Внешняя квантовая эффективность (EQE) Спектр

использоватьEnlitech QE-RсистемаФотоны измерительных приборов на разных длинах волн-Эффективность электронного преобразования, внедрение210 Гцмонохроматический спектр вертолета, диапазон длин волн300-850 нмПлотность тока короткого замыкания остается постоянной при различных концентрациях25,1 мА см^-2И,EQEВысокая согласованность спектральных интегралов(ошибка< 1%)- Принято.EQEПервый дифференциальный расчет спектра.ФАфотоэлектрический зазор перовскита(E_gPV)Приблизительно1,536 ЭВА.

рисунок4bПоказать контрольную группу иBIMГрупповой компонентEQEСпектр.

рисунокС26Показать далееEQEПервый дифференциал спектра, используемый для определения фотоэлектрических полос.

Внешняя квантовая эффективность электролюминесценцииEQEEL

Количественные перовскитные солнечные батареи при положительном смещениисветодиодныеНерадиационные комбинированные потери при эксплуатации для анализаВ_ОКМеханизм потерь. использоватьЭнлиТех LQ-100фотолюминесцентная квантовая система измерения эффективностиПроведение измерений.BIMКомпоненты в25,1 мА см^-2Инжекционный ток.EQE_ELЗначительное повышение до10,29%Гораздо вышеКонтрольная группа2.73%. СоответствуетНерадиационные комбинированные потери от93,1 мВЗначительно снижен до58,8 мВИ,Дж-ВИспытания.В_ОКПовышение результатов совпадает, доказывая стратегиюЭффективно подавляется.СНО2/нерадиогенная композиция на границе залегания перовскитаЭто достижение сверхнизкогоВ_ОККлючевые механизмы потерь.

рисунокС27ПоказатьEQE_ELФункция плотности инжекционного тока для контрольной группы иBIMКомпонент группыА.

Долгосрочное тестирование (ИСОС-Л-3)

Оцените долгосрочную эксплуатационную стабильность перовскитовых солнечных элементов при тепловых и влажных напряжениях и измерьте коммерческую жизнеспособность устройства. проходитьBIMОбработанные устройства в65°Соперация1228Через час остается начальнымПЦЕ的92%вышеЗначительно превосходит контрольную группу. Эта повышенная стабильность объясняется эффективным устранением мелких дефектов и влагостойкостью.

рисунок4гПоказать вИСОС-Л-3Контрольная группа иBIMРезультаты испытаний на долгосрочную операционную стабильность компонентов группы.

Другие признаки

• ХРадиоэлектронный спектр (XPS* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *研究СНО₂Электронный (ETLХимическая среда и взаимодействие между захороненными интерфейсами и перовскитами.Подтверждаю.СНО₂Свободные места в кислороде и нераспределенные места в перовскитеПб²⁺Спонтанная пассивация дефектов. (Рисунок3аАb)Ас)

•Электронная энергия (УПС* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Оценка структуры энергетической полосы на электронных избирательных интерфейсах. проходитьMeOBTBT-ПоэтПосле модификации,СНО₂Функция работы от4,16 ЭВПерейти вверх3,82 ЭВЭлектронная экстракция энергетических баз из0,24 ЭВСнижение-0,03 ЭВА.(Рисунок3дАе)

•Просветление света (Ведущая последовательность* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Изучение динамики переноса заряда на интерфейсе и эффективности извлечения при разделении заряда. Период жизни носителей перовскита после модификации381,7 нсСократить до183,9 нсПодтверждение повышения эффективности электронного извлечения.(Рисунок3f)

•широкий угол стреловидного паденияХРассеяние лучей (ГИВАКСС* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Анализ кристаллической ориентации перовскитной пленки. Перовскит постмодифицированный(100)Высокая концентрация поверхности кристалла по внешнему направлению, достижение предпочтительной ориентации роста(Рисунок2bАс)

•Теория плотности (ДФТ) Расчет:Оценка интенсивности взаимодействия молекул с различными кристаллическими поверхностями перовскита.MeOBTBT-Поэти(100)Кристаллическое соединение(-0,94 ЭВ)Молекулярный дипольный момент1,89 DА.(Рисунок2дАе)

• ХДиффракция лучей (XRD) Спектр:Мониторинг эволюции молекулярной тонкопленочной кристаллической структуры и ориентации перовскита. На местеXRDПодтверждение-Процесс твердофазного преобразования, после модификации(100)/(111)Пик интенсивности от5.87Увеличение8.65А.(Рисунок1b)

•Сканирующий электронный микроскоп (СЕМ* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Наблюдение морфологических характеристик плёнок перовскита. Большие размеры поля перовскита после модификации объясняются задержкой кристаллизации гидрофобной поверхности.(РисунокС18)

•Интенсивность света-Открытое напряжение:Определение идеального фактора устройства и композитного механизма.BIMИдеальный фактор устройства падает1.12(Контрольная группа1.38), зарядово - композитное поведение ближе к идеальному состоянию.(РисунокС29)

•переходное оптическое напряжение/Световой ток (ТПВ/ТПК* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Выявление динамики рекомбинации и переноса носителей.ТПВВремя затухания от61,87 мксПродление до133,34 мксА,ТПКВремя затухания от0,86 мксСократить до0,73 мксА.(РисунокС30)

•импульсное напряжение-Пространственный заряд ограничивает ток (PV-SCLC* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Оценка плотности электронных ловушек в перовските. Плотность ловушки от1.02 × 10¹⁶ см^-3Снижение0.66×10¹⁶см^-3Значительное уменьшение состояния ловушки.(РисунокС31)

•Морт.-Анализ Шотки и тепловая проводимость (ТАС* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *Количественная оценка распределения уровней в ловушке и встроенного напряжения. Внутреннее напряжение от1,06 ВПовышение до1,10 ВПлотность ловушки глубокого энергетического уровня уменьшается на порядок.(Рисунок4fАС32)

заключение

Исследование успешно развиваетсяСтратегия управления скрытым интерфейсомИспользование самосборкиПроизводные фосфатовMeOBTBT-ПоэтвСНО₂/Интерфейс перовскита строит шаблоны с кристаллическим приводом, что значительно улучшает производительность солнечных элементов перовскита.

•Свойства устройства:Исследовательская группа реализует25,34%Эффективность преобразования мощности и1,23 ВОткрытое напряжениеВ отношении1,536 ЭВПористый перовскит, потеря напряжения только0,306 В，Достижение теоретических пределов97,2%А.

•Точное регулирование кристаллизации и оптимизация носителей:Шаблоны: гипермолекулярные шаблоныПривлечение перовскита к образованию приоритета(100)Внешняя ориентацияСпособствует вертикальной передаче заряда.MeOBTBT-Поэт的1,89 DДиполярный момент координирует энергетический уровень интерфейса,Электроны извлекают энергию из0,24 ЭВСнижение-0,03 ЭВПродолжительность жизни носителя от381,7 нсСократить до183,9 нсА.

•Эффективная пассивация дефектов интерфейса: СтратегияАктивная пассивацияСНО₂Кислородные вакансии и перовскитыПб²⁺НедостаткиЗначительно подавляет нерадиоактивные комплексы. Электролюминесцентная внешняя квантовая эффективность от2.73%Повышение до10,29%Фотолюминесцентная квантовая эффективность от9,09%Увеличение27,06%Плотность состояния ловушки от1.02 × 10¹⁶Снижение0.66×10¹⁶см^-3А.

•Превосходная долгосрочная стабильность:При тепловом давлении(65°С)Влажность(50% РВ)В условиях устройстваТ₉₂Продолжительность жизни превышает1200часЭто связано с эффективным устранением дефектов и отличной влагостойкостью.

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