Изучение трудностей и проблем

Широкий энергетический зазор(РГБ)Оксид никеля в суббатареях, как слой переноса дырок(Ниокс)& Самосборка мономолекулярного слоя(САМ)Проблемы с контактами между интерфейсами серьезно ограничивают эффективность и стабильность устройства.

Существующие технологии сопряжены со следующими основными проблемами:

•НиоксПроблемы коррозии:Традиционно широко используемыеSAMНапример, содержит фосфорную кислоту.(ПА)В качестве якорной группыСАМ (ПА-САМ)И, егоКислотнее.Легко корродируются химически реакционные.НиоксСлой, может повредитьНиоксЦелостность и функциональность слоя, тем самым ослабляя стабильность устройства.

•SAMПроблема молекулярной агрегации и интерфейсаА. традицияSAMМолекулы находятсяНиоксПоверхность легко возникает.АгрегацияНеравномерное образование пленки может привести кПотери интерфейса，Эффективность передачи носителейИ вызывает значительноеОткрытое напряжение(ЛОС)А Потери.

Исследовательская группа и достижения

Это прорывное исследование высокоэффективных полностью перовскитовых солнечных батарей,Ге Цзыи и Лю Чанг, Институт материаловедения и инженерии Нинбо, Китайская академия наукРуководство командой, опубликовано в ведущих международных научных журналахNature CommunicationsА.

Команда исследователей успешно разработала более слабые кислоты.Функционализация борной кислотыSAMИ не толькоЭффективно подавляет, да.НиоксКоррозияОн также может образовывать более однородный и связанный слой интерфейса, что значительно повышает эффективность солнечных батарей с полным перовскитом и значительно повышает долгосрочную стабильность работы устройства.

рисунокС6: Решение оригинальной проблемы (коррозия)

Основные достижения исследования включают:

•РешениеНиоксПроблемы коррозии:Успешное развитиеСлабокислый самосборный мономолекулярный слой(САМ)Значительно уменьшает количество оксида никеля(Ниокс)Коррозия дырочного транспортного слоя повышает стабильность интерфейса.

•улучшатьSAMПлеменное качество:Новый типSAMПоказать более сильную связь интерфейса с более однородными мембранными свойствами, эффективно преодолевая традициюSAMМолекулы склонны к скоплению и неравномерному покрытию,Уменьшить потери интерфейсаА.

•Оптимизация качества перовскитной пленки:Улучшенный интерфейс способствует более равномерному росту кристаллов перовскита, уменьшает дефекты и эффективно подавляет разделение фаз, вызванное светом, улучшает качество и стабильность пленки.

•Значительное повышение эффективности устройства:Однопереходный широкий энергетический зазор(РГБ)Эффективность аккумулятора от18,9%Повышение до20,1%Полноперовскитовые солнечные батареи(ТСК)Повышение эффективности28,5%А.

•Значительное повышение операционной стабильности:Результаты исследований значительно улучшили стабильность устройства, полностью перовскитные слоистые батареи в непрерывном освещении 500 Через час можно сохранить первоначальную эффективность.90%А.

Экспериментальные шаги и процессы

Подготовка интерфейсных материалов и пленок:: Исследовательская группа подготовила несколько самосборных мономолекулярных слоев(САМ)Материалы, и вИТОПоследовательное осаждение на проводящем стеклеНиоксСлои иSAMФормированиеЭто / NiOx / SamsСтруктура тонкой пленки. Одновременно готовят традицииSAMматериал(какMe-4PACz)В качестве контрольной группы. Некоторые образцы были подготовлены и очищены этанолом, чтобы удалить остаточные молекулы.

Изготовление солнечных элементов с одним переходом и широким зазором: Для подготовкиИТО/Ниокс/САМтонкая пленка, как слой переноса дырок, спирально покрытая осадочной пленкой из перовскита с широким энергетическим зазором, а затем последовательно осаждающая слой переноса электронов(С60)АALD SnO2)И серебряные электроды для завершения изготовления батарей с одним переходом с широким зазором.

Изготовление полностью перовскитовых солнечных батарей:: Интеграция ячеек с широким энергетическим зазором с перовскитными подсистемами с узким энергетическим зазором для создания двухполюсных полностью перовскитовых солнечных элементов. Полная структура состоит из:ИТО/Ниокс/САМ/Широкощелевой перовскит/ C60 / SnO2 / Au / ПЕДОТ: ПСС /Узкий перовскит/ C60 / BCP / АгА.

Оценка эффективности батарей: В стандартных условиях тестирования(1 солнце, 100 мВт/см2)Внизу измерить ток однопереходных и многослойных батарей-Свойства напряжения, оценка эффективности фотоэлектрического преобразования, напряжения открытого замыкания, плотности тока короткого замыкания и коэффициента заполнения и другие ключевые параметры. Синхронизация для отслеживания стабильного выхода мощности и измерения внешней квантовой эффективности.

Провести тест на стабильность:: Непрерывное световое сопровождение точек максимальной мощности для многослойных аккумуляторов после упаковки, непрерывное500Часы для оценки долгосрочной стабильности работы. Дополнительно85℃Высокотемпературные световые испытания на старение, чтобы проверить термостабильность батареи.

Методы и результаты

квазифермионное деление(QFLS)

Измерять максимальное теоретическое напряжение открытого контура материала при свете(ИЛОС)Показатели, непосредственно отражающие степень нерадиоактивных комбинированных потерь. Исследование показало, что с чистой перовскитной пленкойQFLSПо сравнению, контакт традицииMe-4PACzПеровскит интерфейсаQFLSЗначительно уменьшена до1,296 ЭВПоказать, показатьСерьезные интерфейсы..Использование нового типаС-БА-САМПосле обработки,QFLSТолько от1,326 ЭВНебольшое снижение до1,322 ЭВПриближаясь к значениям чистой пленки, напримеррисунок5f.Прямое доказательствоС-БА-САМЗначительное сокращениеНиокс/нерадиогенная комбинированная потеря на границе перовскитаА.

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)Свойства и стабильный выход мощности(СПО)тест

Измерите фотоэлектрические преобразовательные свойства солнечных элементов при стандартном освещении и оцените стабильность устройства. Выполнение стандартовДж-ВТесты должны соответствоватьАМ1.5GСтандартный спектральный имитатор солнечного света.Энелитех的SS-XСерия симуляторов солнечного света цитируется в нескольких статьях и обеспечивает очень точное и стабильное освещение.

рисунок6сПоказаны подсистемы и конечные слоистые батареи.Дж-ВКривая. После нового типаС-БА-САМПосле оптимизации, широкий энергетический зазор(РГБ)Эффективность подсистемы от контрольной группы18,9%Повышение до20,1%. Окончательная сборка полностью перовскитовых многослойных батарей достигла максимума 28,5% Эффективность.

рисунок6дКривая выхода стабильной мощности показывает, что устройство непрерывно1 солнцеСветовое слежение 500 Через час сохраняется первоначальная эффективность.90%Они демонстрируют отличную долгосрочную стабильность.

Внешняя квантовая эффективность(EQE)

Исследовательская группа использовалаЭнелитех的РЕПСИзмерения проводились.EQEИзмерение эффективности генерации тока прибором при освещении на разных длинах волн для анализа реакции прибора на различные спектры и расчета теоретической плотности тока короткого замыкания(АО)И,Дж-ВРезультаты испытаний проверяются друг на друга.

рисунок6еЭто полностью перовскитовые батареи.EQEСпектральная линия, показывающая ячейки с широким зазором в коротковолновой области (около300-750 нм) И узкий энергетический зазор(НБГ)Подбатареи в длинных волнах (650-900 нм) Эффективная квантовая эффективность. отEQEАккумулятор с интегральным вычислениемАОЗначение(16.0и16,2 мА см^-2)иДж-ВРезультаты испытаний хорошо согласуются и подтверждают точность данных о производительности.

фотолюминесцентная квантовая эффективность(PLQY)

Эффективность отражающих материалов или тонкопленочных излучающих композиций отрицательно коррелируется с потерями нерадиоактивных композиций.

рисунокS54А.Ниокс/Me-4PACz/Образцы перовскитаПЛКИЗначительно ниже, чем чистая перовскитная пленка, что подтверждается еще разСерьезные интерфейсы.И...Ниокс/С-БА-САМ/Образцы перовскита показали более высокий уровеньПЛКИ (0,247%)И,QFLSРезультаты совпадают,Доказать новый типSAMЭффективно блокирует интерфейс.А.

Атомно - силовой микроскоп(КПФМ)

Измерить потенциал поверхности(КПД)Анализируйте расположение энергетических уровней, однородность и распределение дефектов рабочих функций материала и интерфейсов.

рисунок1 час в суткиА.Ниокс/SAMПоверхностьКПФМИзображение иКПДКарта показывает,С-БА-САМОбработкаНиоксПоверхностьКПДБолее узкое распределение показывает,SAMСлой более однородный.

рисунок4а-еА.интерфейс погружения перовскитаКПФМАнализ также показывает,С-БА-САМОбработка интерфейсовКПДРаспределениеФВХМБолее узкий и небольшое изменение потенциала после старения света указывает на то, что интерфейс более однородный и стабильный.

ХФотоэлектронный спектр(XPS)

Анализ состава и химического состояния поверхностных элементов материала, особенно для исследованийSAMиНиоксВзаимодействие иНиоксХимические изменения.

рисунок1 гА.Ни 2p3/2 XPSСпектральные линии показывают,С-БА-САМОбработкаНиоксПо сравнениюMe-4PACzОбработка пиковых значений имеет смещение в сторону низкой энергии связывания, что указывает наС-БА-САМиНиоксМежду ними происходит более сильный перенос заряда и взаимодействие.

стреловидное падениеХдифракция лучей(GIXRD) /широкоугольныйХРассеяние лучей(ГИВАКС)

Анализ кристаллической структуры, ориентации зерна и напряжений пленки.

рисунок3и-кА.ГИВАКСССпектральная диаграмма показывает, что дифракционное пиковое деление, вызванное искажением решетки в пленке контрольной группы, иС-БА-САМПленка не имеет этого явления, что указывает на меньшее напряжение,С-БА-САМСпособствует улучшению образования перовскитной пленки(100)Ориентация, благоприятная для передачи носителей.

спектр эмиссии плазмы с индуктивной связью(МКП-ОЭС)

Измерение содержания металлических элементов в растворе для оценкиSAMзаНиоксСтепень коррозии пленки.

рисунокС6: БудетЭто / NiOxПлёнка пропитана по - разному.SAMПосле раствора, используйтеС-БА-САМСодержание никеля, выделяемого пленкой, пропитанной раствором(29 мкг/л)Гораздо ниже, чем использованиеMe-4PACzПленка раствора(87 мкг/л)Непосредственно подтверждена новая модель.С-БА-САМЭто значительно облегчило, да.НиоксКоррозионное действие слоя.

функциональная теория плотности(ДФТ)& Молекулярная динамика(МД)Моделирование

Глубокое пониманиеSAMМолекулы иНиоксМеханизм адсорбции между поверхностями, энергия связывания, распределение зарядов, энергетические уровни иSAMМолекулярное поведение в процессе формирования.

рисунок1а-fА.ДФТВычислено.SAMМолекулы находятсяНиоксАдсорбционная конфигурация поверхности (включая кислородсодержащие свободные поверхности), плотность дифференциального заряда и локальные функции электронов(ELF)Диаграмма 1. Расчеты показывают,С-БАиНиоксСуществует более сильная связь, особенно между бензотиофеновым основанием иНиМежду ними существует дополнительное взаимодействие. рисунокС1644的МДМоделирование показывает,SAMРаспределение молекул на поверхностиАсимметричность теоретически поддерживает новый типSAMПредположения, которые помогают сформировать однородную пленку.

Другие признаки

•Сканирующий электронный микроскоп(СЭМ)А. Наблюдайте за поверхностью пленки и сечением устройства, оценивая размер, форму, дефекты и изменения формы после старения зерна.(Рисунок6bДиаграмма3е-ч)

•Распределение фотолюминесценции(PL Картирование)А. Обеспечить пленкуПЛПространственное распределение прочности визуально показывает однородность пленки и область дефекта.(Как рисунокС50)

•фотолюминесценция с анализом времени(ТРПЛ)А. Измеряйте срок службы фотогенерируемых носителей, отражая скорость композиции фазы тела или интерфейса.С-БА-САМОбработанные плёночные носители живут дольшеА.(Рисунок5J)

•спектр ультрафиолетовых фотоэлектронов(UPS)А. Определение рабочих функций и положения энергетического уровня материала помогает построить диаграмму энергетического уровня и понять передачу заряда.(Рисунок4f)

•ток ограничения пространственного заряда(SCLC)Анализ: Оценка подвижности и плотности носителей в дырочном передающем слое,С-БА-САМПосле обработки плотность дырок снижается.(РисунокС39)

•спектр электрохимического сопротивления(EIS)А. Анализ переноса заряда и составного сопротивления внутри устройства.С-БА-САМУстройство демонстрирует более высокое комплексное сопротивление.(Рисунок5и)

•Измерение угла контакта: Оценка прекурсоров перовскитаSAMОбработка смачивающих свойств поверхности влияет на формирование ядра и рост пленки.(РисунокС34)

•На месте(In-situ) УФ-ВисСпектр поглощения иПЛСпектр: Мониторинг динамики образования ядер и кристаллизации перовскитных пленок во время циклического покрытия(Рисунок2b, с)А.

•Масс - спектрометрия вторичных ионов во время полёта(TOF-SIMS)А. Анализ распределения глубины элементов в структуре устройства используется для изучения миграции элементов в процессе светового старения.(РисунокС33)

•инфракрасный спектр преобразования Фурье(FTIR)А. анализSAMМолекулы и предшественники перовскитаФАИВзаимодействие между молекулами(Как рисунок2а)А.

заключение

Исследовательская группа разработалаНовая слабокислая борная кислота функциональная самосборка мономолекулярного слоя(С-БА-САМ)Для модификации полноперовскитовых слоистых солнечных батарей с широким промежуткомНиохИнтерфейс передающего слоя дыры.

Основные выводы заключаются в следующем:

Улучшение стабильности интерфейсаА.С-БА-САМиНиохФормирование устойчивых узлов, эффективноПодавлениеНиохКоррозияОн превосходит традиционные фосфаты.SAMИ способствовать вНиохПоверхностныйоднородная мембранаУлучшение формы интерфейса и покрытия.

Оптимизация качества пленки:Модернизация интерфейса значительно оптимизирует процесс кристаллизации плёнки перовскита, способствуетРаспределение однородных галоидовАПодавление фоторазделенияЭто значительно повышает качество пленки и стабильность света.

Улучшение передачи носителей:Оптимизированный интерфейс ускоряет передачу носителей,Уменьшение радиационных комбинированных потерьЭффективное продление срока службы носителей.

Эффективность значительно повысилась:Используя оптимизированный интерфейсный слой с широким щелевым однопереходным аккумулятором, эффективность фотоэлектрического преобразования от18,9%Повышение до20,1%. Интегрированные двухполюсные солнечные батареи стали более инновационными28,5% ПКЕОтличный рекорд.А.

Долгосрочная стабильность:Благодаря широкому энергетическому зазоруБатарейныйулучшатьСлойПоказать устройствоСтабильность работыВ1 солнцеОтслеживание точки максимальной мощности500Через час,Сохранение первоначальной эффективности90%вышеА.

Источник: Nature communications DOI: 10.1038 / s41467 - 025 - 59515 - 6

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