Контекст исследования

В процессе повышения эффективности перовскитовых солнечных батарей качество « погребенного интерфейса» стало ключевым техническим ограничением. В этом исследовании подробно рассматриваются технические узкие места в погребенных интерфейсах перовскитовых батарей и рассматриваются основные проблемы, влияющие на эффективность и долгосрочную стабильность фотоэлектрического преобразования слоистых батарей.

•Структурные дефекты и химические реакции:: В погребенных интерфейсах перовскитовых субэлементов присутствуют вредные структурные дефекты и химические реакции, которые могут привести к значительным нерадиоактивным комплексам зарядовых зарядов и вредным химическим реакциям.

• ПЕДОТ: ПССПроблемы, связанные с уровнем: широко используемый в настоящее время слой передачи дырок(HTL) ПЕДОТ: ПССКислотность и влагопоглощающее свойство вызывают неблагоприятные реакции окисления, которые серьезно ухудшают операционную стабильность перовскитных материалов и их устройств при высоких температурах и освещении.

•Недостатки Nami и кристаллизации:из-заПЕДОТ: PSSВозможная пространственная неоднородность слоя и быстрый рост оловянно - свинцового перовскита приводят к образованию высокоплотного морфологического нанометрового зазора, дефектов кристаллизации, неблагоприятных деформаций и низкой кристаллизации на стыке залегания. Особенно на гладкой подложке легко образуются « белые пятна», видимые невооруженным глазом.

•Задачи исследования погребенных интерфейсов:По сравнению с верхним интерфейсом, погребенный интерфейс кальциево - титанового пласта относительно недоступен в устройстве и менее изучен.

Исследовательские группы и исследовательские приоритеты

Это исследование состоит изЧэнь Вэй и Лю Цзунхао из Уханьского национального исследовательского центра фотоэлектроники, Университет науки и техники Хуачжун, и Оксфордский университет, ВеликобританияГенри Дж. СнайтПрофессор руководит,Опубликовано в верхнем номереПриродные коммуникации"И". В основном путем проектированияФункциональный диоксид кремния (MSN-SH)В качестве интерфейса для залегания перовскитаГиперструктураДля решения проблемы вредных структурных дефектов и химических реакций на интерфейсе захоронения нейтронных батарей последовательных фотоэлектрических устройств. Этот метод предназначен для регулирования перовскита.Процесс кристаллизации, устранение наноотверстий, дефектов пассивациии ингибирование оловянно - свинцовой перовскитной пленки Sn(II)ОкислениеЭто значительно снижает потери носителей и повышает стабильность устройства.

Основные выводы

рисунок 4c

1. Технологический прорыв оптимизации интерфейсаMSN-SHСлой улучшает интерфейс с помощью нескольких механизмов: значительно улучшает смачиваемость предшественника перовскита, эффективно устраняет пробелы нанометра и дефекты пленки; Значительное высвобождение остаточной деформации пленки (от72,2 МПаСнижение4,6 МПа) и повышение кристаллизации; Дефекты пассивации, ингибирование с использованием сульфоновой группыSn(II)Окисление и перенос ионов из энергетического барьера0,29 ЭВПовышение до0,58 ЭВВ то же время сила прилипания интерфейса от0,26 МПаУвеличить до0,67 МПаА.

2. Прорыв эффективности Узкие щелевые оловянно - свинцово - перовскитные батареи23,7%Оптимальная эффективность (в среднем)23,1%), напряжение в открытом контуре0,89 ВПолноперовскитовые слоистые батареи реализованы29,6%Оптимальная эффективность,Эффективность аутентификации29,5%Стационарная эффективность28,7%，Установить новый уровень производительности аккумулятора на двух концах*11,3 см2Эффективность многослойных мини - модулей.24,7%Показать отличный потенциал усиления.

3. Значительное повышение стабильностиНБГОднопереходный аккумулятор в85°ССтарение темного азота в окружающей среде164Оставить после часа85%Начальная эффективность; Упаковка аккумуляторов в1Под солнцемMPPTтест445Поддержание через час90%Эффективность; Слоистые устройства в85°ССтарение150Через час останется.82%初始性能。

4. Проверка технической универсальностиMSN-SHСтратегия обработки также применима к широкополосному перовскиту на основе свинца, так что1,77 ЭВЭффективность аккумулятора20,6%И эффективно подавляет фотоиндуцированную галоидную сегрегацию смешанных галогенированных перовскитов.

Экспериментальные шаги и процессы

рисунок 1а

Основная стратегия этого исследования заключается в том, чтобы ввести функциональный слой диоксида кремния на основе меркаптоида в интерфейсе залегания перовскита (MSN-SHВ качестве модифицированного слоя интерфейса его эффективность проверяется систематическим сопоставлением подготовки компонентов и производительности.

Процесс подготовки батареи с одним переходом: Стандартные процедуры включаютМТО/Очистка стеклянной подложки, слой переноса дырок (ПЕДОТ: PSSилиMe-4PACz) Спиральное покрытие,КлючMSN-SHДифференцированная жидкостьПродолжайте осаждение раствора предшественника перовскита и тепловой отжиг, поверхностный пассивированный слой (ЭДАИ2илиПДАИ2Обработка, окончательный слой передачи электронов с термопарным покрытием (С60АBCP) С серебряным электродом.

Слоистые батареи готовы: Используя стратифицированную стратегию построения, сначала завершить подготовку широкополосной щелевой подсистемы, а затем построить с помощью технологии осаждения атомного слояСнокс / AuРекомбинантные стыки, наконец, последовательно осаждают все функциональные слои узкополосных щелевых ячеек, образуя полную двухполюсную многослойную структуру.

Модульная проверка: На большой площади фундамента для лазерного процесса, чтобы сформировать несколько последовательных подсистем батарей, а также завершить соединение и упаковку, проверить потенциал индустриализации технологии.

Сравнительный метод проверки: Систематическое сравнение вводится и не вводитсяMSN-SHРазличия между компонентами слоя в эффективности фотоэлектрического преобразования, стабильности и характеристиках интерфейса, количественная оценка эффекта модификации.

Методы и результаты

квазифермионное расщепление(QFLS)& Фотолюминесцентная квантовая эффективность(PLQY)

Оценить потенциал открытого напряжения перовскитной пленки и степень нерадиоактивных комбинированных потерь на основеПЛКИИтоговый расчетQFLSЗначения.

MSN-SHЭффективное снижениеПЕДОТ: PSSИнтерфейс слоя теряет и значительно улучшает фотоэлектрические свойства пленки.ПЕДОТ: PSS/MSN-SH/Перовскитовый стекПЛКИИз контрольной группы0.885%Значительное повышение до5,586%СоответствиеQFLSЗначение от0,856 ЭВУвеличить до0,903 ЭВПоказывает отличный эффект повышения потенциала напряжения.

Рис. 3fСравнивая фактическое напряжение с теоретическим потенциалом напряжения,MSN-SHУлучшение интерфейса для повышения напряжения при включении солнечных элементов из перовскита

Рис. 30a, 30bПоказать различные структуры стекаПЛКИиQFLSСопоставление данных.MSN-SHОбразцы значительно превосходят контрольные группы по обоим показателям иМСНОбразец подтвердил его значительный эффект в подавлении нерадиологической композиции и повышении потенциала открытого напряжения.

Технология Света была запущена совсем недавно.QFLS-КартировщикПредсказывать предельные свойства материала!

Компания Enlitech QFLS-MaperВ экономически выгодном1 / 5Инвестиционные издержкиДостичь можно,Картированиефункция& СоздатьQFLSИзображениеИнтуитивно отображает полную картину распределения квазиферминского уровня энергии, качество материала сразу же появляется!

Следите за нами, получайте техническую информацию из первых рук!

ток-напряжение(J-V)Тестирование характеристик и эффективности фотоэлектрического преобразования

Оцените основные электрические характеристики устройства, эффективность и задержку фотоэлектрического преобразования.

MSN-SHОбработка обеспечивает значительное повышение производительности на всех типах батарей:

Узкий зазор(НБГ)Железо - свинцовые перовскитовые батареи с одним переходом:А,MSN-SHСредняя модификацияПЦЕдо23.10%По сравнению с контрольной группой19.64%Значительное повышение. Лучшее устройство реализовано23,74%PCE (ЛОС 0,887 В, АО 32,77 мА см^-2,FF 81,67 процента)И задержка практически незаметна.

Широкополосный зазор(РГБ)Перовскитные батареи с одним переходом:Показать хорошую универсальность,1,77 ЭВАппаратураПЦЕГандам20,60%(ЛОС 1,330 В, АО 18,29 мА см^-2,ФФ 84,69 процента)Эффективность аутентификации третьей стороной является20.27%А.

Полноперовскитные многослойные приборы:Оптимизация синхронизации батарей - близнецов, в среднемПЦЕдо29,16%Лучшее устройство реализовано29,63%PCE (ЛОС 2,176 В, АО 16,33 мА см^-2ФФ 83,38%)ЦзинСимитСертификация третьей стороныПЦЕза29.50%Стационарная эффективность28,7%А.

Рис. 3с, рис. 4сиРис. 37Показать отдельно одноузловые и многослойные устройстваДж-ВХарактеристики показывают очень низкую задержку и отличную производительность фотоэлектрических характеристик.

Внешняя квантовая эффективность(EQE)тест

Оцените эффективность фотоэлектрического преобразования устройства на разных длинах волн и рассчитайте плотность тока интегрированного короткого замыкания. использоватьEnlitech QE-RКвантовая система измерения эффективностиИспытания проводятся в атмосферном воздухе, при измерении многослойных приборов850 нми460 нмВысокая яркостьсветодиодныезаВБГиНБГПодбатарея смещается.

MSN-SHОбработка эффективно повышает квантовую эффективность устройства.НБГоловянно - свинцово - перовскитовыйEQEСпектр улучшается во всем диапазоне длин волн, особенно с усилением региональной реакции на длинные длины волн, интеграциейАОИз контрольной группы31,42 мА см^-2Повышение до32,35 мА см^-2А.

Полный перовскитовый слоистый прибор демонстрирует хорошие характеристики спектрального соответствия,ВБГПодбатарейная интеграцияАОза16,26 мА см^-2А,НБГПодбатарея для16,02 мА см^-2Высокое соответствие плотности тока между ними и взаимодополняющий спектральный интервал реакции закладывают основу для достижения высокоэффективной многослойной структуры.

Рис. 3dиРис. 4dПоказать отдельно одноузловые и многослойные устройстваEQEСпектральное сравнение, четкое представлениеMSN-SHОбработка значительно повышает эффективность сбора света и извлечения заряда.

Внешняя квантовая эффективность электролюминесценции(EQEEL)

Количественное измерение степени радиационной комбинированной потери прибора, иЛОСПроизводительность тесно связана. использоватьEnlitech ELCT-3010(REPS)системаДля измерения плотность тока инжекции устанавливается близко к плотности тока короткого замыкания при солнечном свете.

MSN-SHОбработка устройствEQEELРезультат значительного улучшения. На подходеАОВ условиях инжекции тока устройствоEQEELЗначение из контрольной группы0,20%Значительное повышение до2.61%Увеличение до13Б. Это значительное повышение напрямую подтверждаетMSN-SHЭффективное подавление нерадиоактивных композитных процессов в устройстве.

Соответствующая радиационная комбинированная потеря уменьшается приблизительно70 мВ& УстройствоЛОСРеальное улучшение очень совпадает, провереноEQEELНадежность результатов испытаний иMSN-SHЭффективность стратегии улучшения интерфейса.

Рис. 3eПоказать контрольную группу иMSN-SHУстройствоEQEEL-Сравнение плотности тока,MSN-SHУстройства демонстрируют очевидные преимущества во всем диапазоне тока, особенно в районах с низкой плотностью тока.

Открытое напряжение(ЛОС)Анализ потерь

Количественная оценка на основе детальной теории равновесияЛОСКомпоненты потерь, включая неидеальныеEQEПотеря, потеря композитного излучения с субзональным зазором и неполученная комбинированная потеря, точное определение причины отклонения напряжения устройства от теоретического предела. Анализ с использованием измеренныхЛОСАEQEELКлючевые параметры используются в качестве входных данных.

MSN-SHОбработка значительно снижает общее количество устройствЛОСА Потери. Одно из наиболее важных улучшений связано с резким снижением радиационных комбинированных потерь от контрольной группы.160 мВСнижениеMSN-SHОбразец94 мВУменьшение до41%. Этот результат и устройство на самом делеЛОСВысота подъема совпадает, подтверждаетсяMSN-SHКлючевая роль в ингибировании нерадиоактивных комплексов.

Рис. 29аПодробное сравнение контрольной группы иMSN-SH НБГЭлементы батарейЛОСКомпоненты потерь, четко показаныMSN-SHСущественные преимущества приборов в уменьшении нерадиоактивных комбинированных потерь.

Переходный световой ток(ТПК)& Переходное световое напряжение(ТПВ)

Исследуйте извлечение зарядовых зарядов в устройстве и комбинированную динамику, чтобы оценить влияние модификации интерфейса на путь передачи заряда.

MSN-SHОбработка синхронизации улучшает процесс извлечения заряда и подавления композитного процесса. Срок службы затухания тока устройства из контрольной группы3,86 мксСократить до2,37 мксДоказать, что скорость извлечения заряда ускорилась; Срок службы затухания напряжения от149 мксПродление до626 мксОтражает, что зарядовая композиция эффективно подавляется.

Рис. 26a, 26bПоказать отдельноТПКиТПВСравнение кривых затухания,MSN-SHУстройство находитсяТПКВ тестах он распадается быстрее,ТПВВ тестах затухание замедляется, что четко подтверждает двойной эффект модификации погребенного интерфейса в содействии извлечению заряда и подавлению композиции интерфейса.

Операционная стабильность(MPPT)тест

Оцените долгосрочную эксплуатационную стабильность устройства при смещении максимальной точки мощности непрерывного освещения.

MSN-SHОбработка значительно повышает долгосрочную стабильность устройства. Без упаковкиНБГНепрерывная работа однопереходных батарей450часПосле сохранения93%Первоначальная эффективность намного лучше, чем у контрольной группы370Через час.68%. Упакованные полностью перовскитовые многослойные приборы в430часПосле непрерывной работыПоддержание90%Вышеуказанная эффективностьЗначительно превосходит контрольную группу.325Через час.75%Выступления.

Рис. 3h, рис. 4fПоказать отдельно одноузловые и многослойные устройстваMPPTКривая стабильности,MSN-SHУстройство демонстрирует долгосрочную операционную стабильность в обеих конфигурациях, что подтверждает его превосходный потенциал в практическом применении.

Другие признаки

Тест на стабильность хранения дисперсионной жидкости Оценка стабильности дисперсии наночастиц в процессе хранения влияет на окна обработки, подготовленные устройством.MSN-SHРассеянная жидкость в48Через час не происходит оседания, что значительно превосходитАль2О3的1Часовое осаждениеА.(Рис. 8)

Свойства наночастиц Всеобъемлющий анализМСНиMSN-SHФизические размеры, структура пористости и функциональный успех.MSN-SHРазмер частиц уменьшен до100 нмА,FTIRиРаманСпектр в2569и2563 см^-1Подтвердите успешное соединение тиогликола.А.(Рис. 10а)

Проверка на увлажняемость и образование ядра 研究MSN-SHВлияние на увлажнение раствора прекурсора перовскита.Угол контакта от22.6°Снижение12.7°Значительное улучшение смачиваемости и содействие гетерогенному образованию ядерА.(Рис. 11)

тонкопленочная формаСЕМНаблюдайте за поверхностью перовскитной пленки и поверхностью залегания, чтобы определить существование нанодыр.MSN-SHБазовая пленка представляет область плотной кристаллизации без нанодыр, в отличие от куполообразной пустоты контрольной группыА.(Рис. 1c)

Степень кристаллизацииГИВАКССанализ Оценка кристаллизации перовскитной пленки вблизи погребенного интерфейса.MSN-SHОсновная пленка показывает более высокую дифракционную прочность под каждым углом падения, более высокую кристаллизацию и более низкую аморфную фазуА.(Рис. 1d)

Остаточная деформацияГИКСРДтест Оценка остаточного напряжения в перовскитной пленке.MSN-SHЭффективно переносить напряжение от72,2 МПаСнижение4,6 МПаЗначительное высвобождение пленочной деформацииА.(Рис. 1ч.)

Тест на механическую прочность ПроверкаMSN-SHПовышение механической долговечности погребенных интерфейсов.Критическая прочность на растяжение от0,26 МПаПовышение до0,67 МПаБольше, чем разрыв может от25Увеличение83 кДж м^-3А.(Рис. 1g)

Комплексный анализ стабильности интерфейса ПроникновениеДФТРасчет, зависимость температуры от электропроводности,УФ-ВисиXPSУглубленное изучение механизмов стабильности.Ионный перенос активируется0,29 ЭВПовышение до0,58 ЭВА,Sn(IV)Значительное снижение содержания, эффективное подавление деградацииА.(Рис. 2b)

Временная зависимость от галогенированной сегрегацииПЛтест Оценка фазовой сегрегации смешанных галогенированных перовскитов при длительном освещении.MSN-SHРемонт пленки во время экспозиции.ПЛПоддержание хорошей формы, эффективное подавление галогенированной сегрегацииА.(Рис. 38c)

заключение

Исследование успешно развиваетсяФункциональный диоксид кремния (MSN-SH)В качестве сверхструктурного модифицированного слоя интерфейса для захоронения перовскитных батарей для достижения значительного повышения эффективности и стабильности перовскитных слоёвых солнечных батарей.

Основные технологические прорывы:

Оптимизация качества интерфейсаС точки зрения,MSN-SHЭффективное регулирование процесса кристаллизации перовскита, устранение пробелов в нанометрах и пассивация дефектов при одновременном подавленииSn(II)Окисление значительно снижает потерю носителей. Механическая прочность от0,26 МПаПовышение до0,67 МПаОстаточное растягивающее напряжение от72,2 МПаСнижение4,6 МПаИонная миграция активируется из0,29 ЭВПовышение до0,58 ЭВА.

Свойства устройстваС одной стороны, оловянно - свинцовая перовскитная батарея с одним переходом эффективна23,7%Полноперовскитовый слоистый аккумулятор реализован29,6%Эффективность (сертификация)29,5%Стабильное состояние28,7%), находится на переднем крае производительности однослойных батарей на обоих концах.11,3 см2Эффективность многослойных мини - модулей.24,7%Показать отличный индустриальный потенциал.

Долгосрочная стабильностьС одной стороны, упаковка слоистых батарей в1Солнечный светMPPTтест445часПоследующее обслуживание90%Вышеуказанная первоначальная эффективность,85°СТепловое старение150часПосле сохранения82%Производительность, намного превосходящая производительность контрольной группы.

Технологическая универсальностьПолучить подтверждение,MSN-SHСтратегия также применима к широкополосному перовскиту на основе свинца,1,77 ЭВЭффективность аккумулятора20,6%И эффективно подавляет явление смешанной галогенированной сегрегации.

Источник: Nature communications DOI: 10.1038 / s41467 - 025 - 59891 - z

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