Предыстория исследования и проблемы

Перовскит/Кремниевые слоистые солнечные батареи, которые могут преодолеть предел эффективности однократной батареи, стали важным кандидатом на фотоэлектрическую технологию следующего поколения. В частности, на промышленной текстурной кремниевой базе эта технология демонстрирует отличную способность захвата света и экономическую эффективность, имеет хорошие перспективы индустриализации. Однако его коммерциализация по - прежнему сталкивается с ключевыми техническими узкими местами:

Основная задача 1: стабильность пленки в процессе производства

• Смешанное двухступенчатое испарение-Хотя метод осаждения раствора обеспечивает конформное соединение с текстурным кремниевым дном, процесс должен быть высокотемпературным (~ 150°СВысокая влажность (~ 40% RHВоздушный отжиг в окружающей среде

• Это условие приводит к серьезному разложению поверхности перовскитной пленки из - за двойного действия высокотемпературной влаги.

Основная задача 2:ПБИ₂Негативные побочные эффекты

• Избыток при разложении пленкиПБИ₂Формирование канала переноса ионов, ухудшение элементов ускорителя

• Что еще хуже, это вызывает рекомбинацию носителей интерфейса, что приводит к потере эффективности и ухудшению стабильности устройства

Эти проблемы со стабильностью процессов и вызванные ими потери производительности,Это серьезно ограничивает перовскит./Долгосрочная стабильность и долговечность кремниевых батарей стали ключевым технологическим препятствием для крупномасштабного промышленного производстваА.

Исследовательская группа и важные результаты

Это исследование состоит изПрофессор Тан Хайрен и профессор Конг Вэньчи из Национальной ключевой лаборатории твердотельных микроструктур Нанкинского университетаСовместное руководство, опубликовано в журнале"Энергетические письма ACS"Исследовательская группа успешно решила проблему перовскита/Основные проблемы индустриализации кремниевых батарей:разложение пленки в результате отжига высокотемпературным и влажным воздухом при двухступенчатом смешанном осажденииПБИ₂Проблема побочных продуктов.

Рис. 4d

Ключевым новшеством команды являетсяВведениеДМПЕСИГидрофобное внутреннее покрытие. Эффективно подавляет разложение поверхности перовскита во время отжига, в то же время значительно снижает нерадиоцирующую скорость композита, оптимизирует качество роста кристалла, тем самым улучшая напряжение открытого контура устройства и коэффициент заполнения. Это будетДМПЕСИУспешно применяется для смешанного испарения текстур-Процесс осаждения раствора значительно расширил область применения молекулы.

Индивидуальный перовскит, изготовленный командой./Силиконовые батареи достигают30,49%Эффективность преобразованияПри испытании на долгосрочную стабильность, после1800Поддерживайте первоначальную эффективность после часового отслеживания точки максимальной мощности.84%，723Поддержание первоначальной эффективности после часовых гидротермальных испытаний.80%Эти данные намного превосходят результаты контрольной группы, что полностью доказывает значительный эффект этого метода в повышении стабильности и долговечности устройства. Эта технология может быть применена для подготовки к окружающей среде с высокой влажностью и заложить прочную основу для крупномасштабного и недорогого промышленного производства.

Экспериментальные шаги и процессы

Рис. 1а

Высокоэффективные и стабильные перовскиты изготавливаются с помощью тонких пленочных осаждений и стратегий присадки/Кремниевый слой солнечных элементов. Вот основные этапы эксперимента:

· Базовая панель готова к сборке с батареей на дне.:: Силиконовые гетероузлы с промышленной текстурой(SHJ)Нижний слой батареи как фундамент. Для изготовления слоистых батарей сначала будут4Резать лазерным лучом2,5 × 2,5 см2Размер, затем проводится200°СОтжиг для устранения повреждений от распыления. Затем распыляется на кремниевую подложку.20Оксид индия олова толщиной нм(ИТО)В качестве составного слоя.

· двухступенчатое осаждение кальциево - титановых пластов:: Использовалась перовскитная пленка.Смешанное двухступенчатое испарение-Растворительное осаждениеА.

о Неорганическое образование скелета:: Во - первых, совместное испарение на фундаменте посредством теплового испаренияПбИ2иCsBrФормирование договора540Неорганический каркасный слой толщиной в нано.

о Органические солевые растворы иДМПЕСИдобавить:: В последующем будут содержаться прекурсоры перовскита(какFA0.8Cs0.2Pb(I0.8Br0.2))Органические солевые растворы, иКлючевые стабилизаторы- Да.ДМПЕСИСпиральное нанесение на образовавшуюся неорганическую пленку. АДМПЕСИДобавки играют ключевую роль в растворе и могутПбИ2Реакция образует гидрофобный внутренний слой.

о Предварительный отжиг и воздушный отжиг:После покраски пленка будет90°СПредварительный отжиг в азотной среде. Затем выполняются ключевые этапы отжига воздуха, около150°СМирный договор45%Относительная влажность (или при тестировании на высокую влажность)60%Отжиг при относительной влажности20Минут. Этот шаг являетсяДМПЕСИКлюч к образованию защитного слоя, который подавляет разложение перовскита.

· Высшие и электродные отложения:: После завершения подготовки кальциево - титанового пласта происходит последовательное осаждение электронных передающих слоев и электродов.

о Для одиночных перовскитовых солнечных батарей первое тепловое испарение20Нами.С60Пленка, затем осаждается через атомный слой(АЛД) 15Нами.Сно2А.

о Для слоистых солнечных батарей,С60За слоем - распыление.50Нами.ИТОА.

о Наконец, горячее испарение серебра(Аг)В качестве верхнего электрода (однопереходная батарея150Нейми, слоистые батареи для400Нами).

· Подготовка отражателя(Для слоистых батарей):: Для дальнейшего улучшения светозахвата слоистых батарей они в конечном итоге испаряются тепловым испарением на их поверхности100Нами.МгФ₂Как антирефлектор.

Методы и результаты

квазифермионное расщепление(Распределение квази-Ферми, QFLS)

Оценка степени нерадиологической комбинированной потери и пассивации дефектов в перовскитной пленке,QFLSПовышать напряжение включения непосредственно связанных устройствЛОСУлучшения. использовать405 нмИсточник лазерного возбуждения, импорт интегральной сферической измерительной системы через оптическое волокно, сила лазерного излучения регулируется до1 СолнцеВ эквивалентных условиях производится фотолюминесцентное квантовое определение производительности.

ДМПЕСИОбработка значительно повышает уровень структуры.QFLSЗначениеСреди них кальциево - титановый минеральный материал является основнымЛОСИсточники потерь после обработкиЗаметное улучшениеА.ДМПЕСИЭффективно подавляет поверхностное разложение при отжиге воздуха,неразлучающаяся рекомбинация с уменьшенной поверхностью разделаСделать перовскитС60ИнтерфейсЛОССоответственно уменьшаются потери. Благодаря тонкой перовскитной пленке,HTL/Перовскиты иHTL/Перовскит/ ЭТЛСистематическое сравнение трех структур стека подтверждаетДМПЕСИОбработка демонстрирует превосходную способность пассивации дефектов на всех интерфейсах.

Рисунок 3dПоказать извлеченные из различных структур стекаQFLSСравнение значений.ДМПЕСИГруппа обработки в чистом перовските,HTL/Перовскиты иHTL/Перовскит/ ЭТЛРазличные уровни интерфейсаQFLSЗначения значительно выше, чем у контрольной группы, интуитивно демонстрируя свой эффект в подавлении нерадиоактивных комбинированных потерь, что объясняет устройствоЛОСОсновные причины повышения.

Новейшие технологии.QFLS-КартировщикАнализируйте верхний предел потенциала материала!

Enlitech QFLS-МазаПозвольте вамКонкурентоспособный1 / 5Преимущества затратМожно получитьКартирование QFLSиQFLSИзображениеЧеткое отображение пространственного распределения квазиферметрового энергетического уровня, чтобы качество материала было ясным с первого взгляда!

Отслеживайте нашу динамику и получайте ее в первый разНовая техническая информация!

электролюминесцентная квантовая производительность(EQEEL)

Дальнейший анализ неинвазивной композиции приборов и количественное определение квазифермионного разделения уровней в однопереходных солнечных элементах. использоватьКитли 2450Измерительная ячейка источника напряжения обеспечивает постоянную плотность тока, измеряя фотоны, испускаемые устройством во всех направлениях с помощью интегрального шара и калибровочного спектрометра.

ДМПЕСИОбработка значительно улучшает электрическую вращающуюся производительность: В эквиваленте1 СолнцеПри моделировании плотности тока,ДМПЕСИблок обработкиEQEELдо0.430%Заметно превосходит контрольную группу.0.145%. СоответствуетЛОСПотери являются142 мВи170 мВА,ДМПЕСИГруппа обработкиЛОССокращение потерь28 мВ. Этот результат показываетДМПЕСИОбработка путем подавления поверхностного разложения и оптимизации процесса кристаллизации для достижения лучшего качества перовскита с более низким нерадиоактивным соединением, тем самым эффективно улучшая напряжение включения устройства.

Рисунок 3eПоказать контрольную группу иДМПЕСИГруппа обработки перовскитных изделийELСпектральное сравнение.ДМПЕСИГруппа обработкиELИнтенсивность значительно выше, чем у контрольной группы, убедительно доказаноДМПЕСИЭффективно подавлять нерадиоактивные композиты, так что больше носителей излучают свет в виде радиационных композитов, демонстрируя отличную массу носителей.

Плотность тока-напряжение(J-V)Измерение кривых

Оценка параметров фотоэлектрических характеристик солнечных батарей, использование одиночных батарей в бардачках с азотомКитли 2400Измерения, использование слоистых батарейКитли 2450Элемент измерения источника напряжения, вEnliTech SS-X 3АСимулятор солнечного светаИзмеряется в воздухе под облучением.

ДМПЕСИОбработка значительно повышает производительность устройстваОптимальная эффективность одиночных перовскитовых батарей21,2%(ЛОС = 1,227 ВА,АО = 21,0 мА см^-2А,ФФ = 82,4%) Контрольная группа только20%Прямого сканирования практически нет.Дж-ВЗадержки.

Перовскит индустриальной текстуры/Силиконовые батареи делают прорыв30,49%Лабораторная эффективность, получение29,8%Эффективность аутентификацииПо сравнению с контрольной группой.29,05%Абсолютная эффективность повышается более чем1%А,ЛОСповышение40 мВА,ФФПодъем ближе2%. Статистический анализ показываетДМПЕСИСредняя эффективность модифицированных батарей выше, чем у контрольной группы1,2%А.

Рисунок 3аПоказать лучшие перовскитные батареиДж-ВСравнение кривых.ДМПЕСИОбрабатывающая группа устройств имеет лучшую форму кривой и значительно уменьшает задержку сканирования, подтверждая стабильность производительности и повышение эффективности.

Рисунок 4dЛучше всего подойдут батарейки.Дж-ВКривые и статистика распределения эффективности.ДМПЕСИКривая группы обработки значительно превосходит контрольную группу, особенно с точки зрения открытого напряжения и коэффициента заполнения, статистика встроенной диаграммы превышает30Распределение эффективности для каждого устройства показывает, что средняя эффективность группы обработки значительно улучшилась, а распределение данных было более централизованным.

Внешняя квантовая эффективность(EQE)

Измерение фотонов батарей на разных длинах волн-Эффективность преобразования электронов и расчет плотности интегрированного светового тока. Однопереходная батарея в воздухе с усилителем блокировки фазыКЕСистемные измерения, многослойные батареи используют длину волны850 нм(Подлежащие батареи) и460 нм(Верхние батареи) Высокая яркостьсветодиодныеСмещение света для измерения смещения освещения.

ДМПЕСИУлучшение характеристик спектральной реакции:: в одиночных перовскитовых батареях,ДМПЕСИИнтегрированная оптическая плотность тока21,30 мА см^-2Лучше, чем контрольная группа.21,19 мА см^-2. перовскитовые верхние подгруппы слоистых батарей иШЖИнтегрированная плотность тока нижней подсистемы составляет20.67и20,25 мА см^-2Немного более высокая плотность тока верхней подсистемы предназначена для стратегического введения дисбаланса тока, повышения производительности и операционной стабильности многослойных устройств.

На текстурной матрице,ДМПЕСИПроцессор находится550 нмСледующий диапазон показывает более высокую общую реакцию, вызванную поверхностным разложениемПБИ₂Снижение абсорбции паразитамиА.

Рисунок 3cоднократный перовскитовый элементEQEСравнение кривых.ДМПЕСИГруппы обработки показали улучшение спектральных реакций, особенно в коротковолновых областях, и более высокиеАОЗначения соответствуют.

Рисунок 4fДМПЕСИОбработка многослойных устройствEQEКривая, содержащая верхнюю часть перовскита в ответ на кремниевую суббатарею. Двойная батареяEQEКривые хорошо перекрываются и хорошо работают в соответствующих интервалах поглощения, подтверждая превосходное распределение спектра в соответствии с током.

Отслеживание точки максимальной мощности(МППТ) /Операционная стабильность(ISOS-L-1)

Оцените долговременную стабильность устройства при аналоговом солнечном свете. Воздух в окружающей среде (30 - 50%Использование многоцветности при относительной влажностисветодиодныеСимулятор предоставленАМ1.5GСтандартное освещение (100 мВт см^-2) Температура работы устройства около35°С(Самонагрев), температура окружающей среды25°СИспытание упаковочного устройства без активного охлаждения.

ДМПЕСИОбработка значительно повышает долгосрочную операционную стабильность: ЦзинДМПЕСИУлучшенные приборы в непосредственной близости1800часMPPTПосле тестирования сохраняется первоначальная эффективность.84%. Контрольная группа устройств только в890Быстрое разложение через час до начальной эффективности.75%Показывает явную разницу в производительности.

Рисунок 4gПоказать упакованные устройства вАМ1.5GПолноспектральное моделирование солнечного света.МППОтслеживание результатов.ДМПЕСИЭффективность процессорной группы со временем снижается значительно медленнее, чем у контрольной группы, что убедительно доказывает ее работоспособность.

Гидротермальные испытания(влажное тепло) /Долгосрочная стабильность(ИСОС-Д-3)

Оценка долгосрочной стабильности устройства в условиях высокой температуры и высокой влажности. Поместите упакованные многослойные устройства в ящик для испытаний окружающей среды для поддержания постоянства85°СТемпература и85%Относительная влажность превышает800Часы, периодическое измерение свойств (около30Минуты охлаждения).

ДМПЕСИОбработка демонстрирует превосходную влажность и теплостойкость.: ЦзинДМПЕСИРемонт многослойных устройств в723После часовых влажных и тепловых испытаний сохраняется первоначальная эффективность.80%При этом долговечность проявляется ярко. Контрольная группа устройств в334Через час разлагается до начальной производительности.67%ПоказатьДМПЕСИЭффективность защиты в суровых условиях.

Рисунок 4hПоказать упаковочные устройства в85°C/85% RHРезультаты тестов на долгосрочную стабильность в тёмных условиях.ДМПЕСИГруппа обработки демонстрирует более медленную тенденцию к снижению эффективности в условиях высокой влажности и тепла, подтверждая свою превосходную долговечность.

Другие признаки

ХДифракция лучей(XRD)

Показывает состав пленки перовскита и кристаллическую массу.ДМПЕСИПревышение концентрации3 мг/млВ то время7°Формирование1D DMPESPbI₃Фаза, пленка группы обработки при удлиненном отжиге и воздействии высокой влажностиПБИ₂Выработка была минимальной, а контрольная группа значительно увеличилась.(Рисунок 1b)

Сканирующий электронный микроскоп(СЭМ)

Наблюдается изменение формы пленки и размера зерна.ДМПЕСИОбработка пленки в процессе отжига только слегка разлагается и сопровождается значительным ростом зерна, более однородной формой и большими зернами на текстурной основе, в то время как контрольная группа испытывает серьезное поверхностное разложение.(Рисунок 2а)

Хспектр рентгеновских фотоэлектронов(XPS)

подтверждениеДМПЕСИМолекулы вводятся иПб-IХимическая реконструкция окружающей среды.С 2пСпектр166,0 ЭВСигнал подтвердился.ДМПЕСИВведение,Пб 4fиЯ 3dСоединение основных уровней может быть связано1DВ структуреПб-IДлина клавиш увеличивается.(Рисунок 1d.e)

Масс - спектрометрия вторичных ионов во время полёта(TOF-SIMS)

ПоискДМПЕСИРаспределение пространства внутри пленки. Добавки в основном обогащены поверхностью тонкой пленки и нижней поверхностью интерфейса, накопление в организме незначительно, что связано с пространственным позиционным сопротивлением структуры сопряжённого кольца ароматической добавки.(Рисунок 1f)

фотолюминесценция с временным разрешением(ТРПЛ)

Измерение срока службы носителей и оценка скорости неинвазивной композиции.ДМПЕСИСрок службы плёночных носителей значительно увеличивается1045,0 нс(Контрольная группа515,8 нсДоказано эффективное снижение скорости нерадиологической композиции.(F)рисунок 2f)

Ультрафиолетовое излучение-Видимый(УФ-виз)Спектр поглощения

Измерение характеристик поглощения пленки с оптическим зазором.ТаукДиаграммаДМПЕСИВведение не вызвало значительных изменений в полосе (НапримерЕ1,67 ЭВВ)).(Рисунок 2d)

измерение угла контакта

ПроверкаДМПЕСИПосле обработки повышается гидрофобность пленки. Обработка пленки показывает повышенные гидрофобные свойства как на этапе предварительного отжига, так и на этапе воздушного отжига.(Рисунок S9)

Устойчивый выход мощности(СПО)

Измерение стабильной мощности прибора при длительной непрерывной работе.ДМПЕСИРеализация многослойных устройств30,3%Стабильный выход мощности.(Рисунок 4e)

фотография/Цифровое изображение

Интуитивно отображает физический внешний вид устройства и деградацию при воздействии влажности.80% РВИспытания.ДМПЕСИГруппа обработки сохраняет целостность первоначального цвета в течение длительного времени, контрольная группа48В течение часа наблюдается яркое желтое разложение и крупное разложение.(Рисунок 2g)

заключение

Исследовательская группа вводитДМПЕСИГидрофобные добавкиУспешно решили проблему перовскита./Основные технические узкие места в процессе индустриализации кремниевых слоёв батарей достигли прорывных результатов.

ДМПЕСИМолекулы иПБИ₂Реакционное образование1D DMPESPbI₃Перовскит, образующий защитный инкапсуляционный слой на интерфейсе, эффективно подавляет разложение пленки во время отжига воздуха. Этот механизм способствует более крупному образованию зерна, снижает плотность дефекта и значительно улучшает срок службы носителей (1045.0 нс против 515.8 нсКроме того, повышается стабильность пленки в условиях высокой температуры и высокой влажности.

Существенный прорыв в работе устройства:: Эффективность одиночных перовскитовых батарей21,2%Почти нетДж-ВЗадержки.Перовскит индустриальной текстуры/Кремниевый слой батареи.30,49%Лабораторные записи эффективности, полученные29,8%Эффективность аутентификацииПовышение абсолютной эффективности по сравнению с контрольной группой1%А,ЛОСповышение40 мВА,ФФПодъем ближе2%А.

Долгосрочные проявления стабильности: Слоистые устройства в1800часMPPTПервоначальная эффективность после тестирования.84%，723Поддержание после почасовых влажных и тепловых испытаний80%Эффективность, намного превосходящая производительность контрольной группы. На текстурной матрице,ДМПЕСИПроцессор лучше реагирует на короткие длины волн, что подтверждаетсяПБИ₂Эффективное снижение паразитического поглощения.

Исследование по производству перовскита в промышленных масштабах с низкой себестоимостью/Силиконовые солнечные батареи обеспечивают жизнеспособный технологический путь,В сочетании с рекордной эффективностью и долгосрочной эксплуатационной стабильностью, чтобы заложить прочную основу для процесса коммерциализации слоистых батарейА.

Источник: ACS Energy Letters DOI: 10.1021 / acsenergylett.5c01010

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