Предыстория исследования и проблемы

ПСККлючевым препятствием для коммерциализации является недостаточная воспроизводимость процесса пассивации дефектов. Настоящее исследование посвящено трем основным проблемам в этой области:

1. изменчивость поверхностного состояния:: Состояние поверхности пленки перовскита в разных партиях, операторы имеют значительные различия, даже небольшие колебания процесса (температура, отношение химического измерения, влажность) могут привести к совершенно другому распределению дефектов, так что эффект пассивации трудно воспроизвести.

2. Трудности с контролем концентрации НПВ:: Традиционные стратегии должны найти баланс между устранением дефектов и передачей заряда (оптимальная концентрация)С*Но изменчивость состояния поверхности приводит к тому, что установленные оптимальные условия не могут быть воспроизведены через эксперименты и даже имеют негативные эффекты.

3. Ограничения, присущие обычным моделям пассивацииА.КПИзменение концентрации пассивирующего агента в режиме существенно влияет на его распределение и выравнивание энергетического уровня, что влияет на воспроизводимость. Чрезмерно пассивирующий агент может легко образовывать остаточный порошок и низкоразмерную фазу, что приводит к высокому сопротивлению интерфейса, снижению производительности устройства и проблемам с начальной стабильностью.

Исследовательская группа и решениеМетоды

Солнечные батареи (ПСКИсследование стратегии пассивации дефектов, изВан Руи, Университет Западного озера, и профессор Сюэ Цзинцзин, Чжэцзянский университетВыполнено совместно руководимой командой. Результаты их исследований публикуются в ведущих международных журналах. Природные источники энергии (Природа Энергия)Вверх.

Исследовательская группа предложила "Насыщенность (Насыщенная пассивация, SP) Новая стратегияДля решения вышеуказанных задач применяется инновационный двухэтапный подход:

Шаг первый: регулирование активности

Использование изопропилена (Международный телевизионный фестивальСнижение реактивной активности и проницаемости молекул пассивирующего агента, что позволяет использовать пассивирующие вещества высокой концентрации для обеспечения полной пассивации всех поверхностных дефектов, избегая при этом чрезмерной реакции и чрезмерного образования вредных низкоразмерных фаз.

Шаг 2: Точная очистка

использоватьМеждународный телевизионный фестивальС изопропиловым спиртом (ИПАСмешанный растворитель для дрейфа, точного удаления излишков несвязанных молекул пассивирующего агента, достижения дефектного насыщения пассивации и поддержания низкоразмерного слоя в нужной толщине.

Основные результаты исследований

Рис. 3i

1.FIPAМеханизм растворителяА.Международный телевизионный фестивальАтомы фтора образуют сильную водородную связь с пассиватором соли аммония (H-FВодородные связи), конкурентные ингибиторы пассивации иПбИ2Чрезмерная реакция эффективно снижает реактивную активность и проницаемость пассиватора, избегая чрезмерного образования вредных низкоразмерных фаз.

2. Значительное расширение операционного окна А.SPСтратегия имеет высокую толерантность к отклонениям концентрации пассивирующих агентов по сравнению с традиционнымиКПМодель обеспечивает более широкий диапазон соответствующих концентраций и значительно повышает воспроизводимость процесса.

3. Свойства устройства

• Прорыв эффективностиА.н-и-пНизкий зазорПСКдо25,6%Аp-i-nНизкий зазорПСКдо26,0%Аp-i-nШирокополосный зазорПСКдо23,0%А1 см2обширная площадьПСКдо24,5%

• Улучшение стабильностиА.1000После ускоренного старения остается больше80%начальныйПЦЕПервоначальная стабильность значительно превосходитКПАппаратура

• Сокращение задержекДефектная пассивация эффективно подавляет миграцию ионов

4. Широкая проверка универсальности SPСтратегия применяется к:

• Различные устройства (н-и-пАp-i-n)

• Различные виды перовскитов (разные)БрСодержание)

• Разнообразие методов приготовления (двухступенчатый метод, метод осаждения антирастворителем)

• Различные условия подготовки (азот, воздух)

• Разнообразие площадей устройств (более значительное воздействие на устройства большой площади)

• Может быть реализован методом погружения, с индустриальным потенциалом

Экспериментальные шаги и процессы

Рис. 4j

1. Подготовка плёнки перовскита Проверка с использованием двух основных методов осажденияSPУниверсальность стратегии:

• Двухэтапный подход: Слоистое спиральное покрытиеПбИ2Растворы иFAI/MAClОтжиг после раствора, применяетсян-и-пиp-i-nнизкополосный и широкополосный перовскит

• метод осаждения антирастворителем:: Восстановление с помощью капель антирастворителя (фенхелевого эфира или ацетата уксусной кислоты) при циклическом нанесении раствора прекурсора

Подготовительная среда включает в себя ящики для азотных перчаток (высокая чистота) и воздушную среду (25 - 30%Влажность, моделирование фактических условий производства).

2. Сборка устройств

• Конструкция фундаментаА.ИТОилиСвободное осуществлениеОсадочные электроны на стеклянной подложке/Электрические отверстия (Сно2А2ПАЧАНиокс / Me-4PACZИ т.д.)

• SPПассивная обработка:: Пассивное вещество с высоким содержанием аммонийной соли (ПЕАИРавно) растворяется вМеждународный телевизионный фестивальСредняя спираль наносится на поверхность перовскита, затем используетсяФИПА / ИпанСмешанный растворитель дрейфует для удаления излишков молекул.p-i-nКонструктивные устройства требуют кратковременного низкотемпературного отжига.

• Альтернативные методы:: Проверка возможности замены ротационного покрытия методом погружения

• Электроды завершены.:: Материалы для передачи в осадочных отверстиях (Спиро-ОМЕТАДИли слой электронного извлечения (LiF / C60 / BCP), металлический электрод с окончательным испарением

3. Тест производительности Измерения в стандартных условияхДж-ВХарактеристики, полученныеПЦЕАЛОСААОАФФТакие ключевые параметры. Все измерения не были предварительно обработаны и специально предназначены для1 см2Оценка промышленного потенциала крупногабаритных приборов.

Методы и результаты

квазифермионное деление(Распределение квази-Ферми, QFLS)

Оценка пассивации дефектов пленки перовскита и способности подавлять нерадиоактивные комбинированные потери,QFLSУлучшение непосредственно связанных устройствЛОСиФФУлучшения.

проходить100 мМ ПЭАИ/ФИПАОбработанные перовскитные пленкиQFLSфильмУлучшения достигают17,5 мВЯвно превосходитПЭАИ/ИПАОбработка12,8 мВ. Шаги очистки будут из - заПЕАИПорошок растворяется или2DФазовая деградация снижает степень улучшения, ноИПАПосле чисткиQFLSфильмУлучшение несколько вышеМеждународный телевизионный фестивальмытьА.SPПленка после обработкиQFLSфильмПостоянное улучшение,ПЛВ спектре не наблюдается2DФазовая эмиссионная вершина, подтверждающая стабильный эффект пассивации.

рисунокС 12 демонстрация100 мМ ПЭАИ/ФИПАиПЭАИ/ИПАОбработка пленки в неочищенных,Международный телевизионный фестивальЧистка,ИПАЧистка в трех условиях.QFLSфильмУлучшение контрастности.ПЭАИ/ФИПАНеочищенные образцы показали максимальное улучшение(17,5 мВ)Интуитивно показано влияние различных этапов обработки и очистки растворителя на эффект пассивации дефекта.

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 информацию в первый раз!

Плотность тока-напряжение(J-V)кривая

Описание основных параметров производительности солнечных элементов, отражающих передачу заряда устройства и общую фотоэлектрическую производительность.

SPСтратегия значительно повышает различныеПСК的ПЦЕВыступления.Cs0.05FA0.95PbI3 п-и-нКонструктивные устройстваПЕАИ-СППосле обработки,ПЦЕдостигать25,5%(ЛОС = 1,17 ВА,FF = 83,00%А,АО = 26,30 мА см^-2В)). Стратегия для различных компонентов перовскита (20% ФАПБР₃или40% МАПБР₃Смешивание), различные методы подготовки и различные среды демонстрируют отличную универсальность.SPПассификация эффективно снижает гистерезис, что связано с пассивацией дефектов для подавления миграции ионов.

рисунок4а Показать справочные устройства иПЕАИ-СПОбработкаCs0.05FA0.95PbI3 п-и-нКонструктивные устройстваДж-ВСравнение кривых иПЦЕСтатистическая гистограмма.SPКривая процессора более « основный», показываетБолее высокий коэффициент заполнения и эффективность преобразования мощностиА,ПЦЕРаспределение более сконцентрировано и имеет более высокую среднюю величину.SPСтратегия оказывает значительное влияние на повышение производительности и воспроизводимости устройства.

Внешняя квантовая эффективность(Внешняя квантовая эффективность, EQE)

Эффективность преобразования падающих фотонов в выходной ток при различных длинах волн света напрямую отражает спектральную реакцию устройства и эффективность использования солнечного света. Измерения принимаютсяEnliTech QE-RКвантовая система измерения эффективностиА.

EQEПоддержка спектральных данныхДж-ВкриволинейныйАОЗначение, дальнейшая проверка производительности устройства в различных спектральных областях, подтверждениеSPСпособность фотоэлектрического преобразования устройства после обработки стратегии.

рисунокС 22а демонстрацияCs0.05FA0.95PbI3 п-и-нКонструктивные устройстваEQEСпектр. Устройства в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (около300-850 нм) ПоказатьВысокая квантовая эффективность, приближение пика90%Было подтверждено, что устройство обладает высокой способностью к поглощению света и сбору заряда в этом диапазоне длин волн.

Отслеживание точки максимальной мощности(отслеживание MPP)

При постоянном освещении и смещении напряжения выходной ток элемента монитора изменяется со временем, чтобы оценить долгосрочную эксплуатационную стабильность, особенно производительность в условиях ускоренного старения.

Моделирование ускоренного старения (65°САН₂В бардачке.0.8В два раза больше солнечного света),SPСтратегия демонстрирует стабильность.SPУстройство находится1000Через час после тестирования остается больше80%начальныйПЦЕА традиционная пассивация(КП)Устройство изначально260В течение часаПЦЕРезкое снижение, даже ниже, чем в контрольной группе, объясняется чрезмерным проникновением пассивирующих агентов.SPПервоначальная стабильность устройства значительно превосходитКПУстройства, вызванные уменьшением проникновения пассивирующего агента.

рисунокС 34 Сравнение неконвертируемой контрольной группы,КПиSPУстройства нормализуются в тестах на ускоренное старениеПЦЕС течением времени.SPАппаратураПЦЕСамая медленная скорость затухания, демонстрирующая оптимальную долгосрочную стабильностьИКПУстройство демонстрирует заметное снижение производительности на начальном этапе испытаний.

Другие признаки

1. Угольное разрешениеХспектр рентгеновских фотоэлектронов(AR-XPS) :: Анализ глубинного распределения и проникающей способности молекул пассивирующего агента в перовскитной пленке.ПодтверждениеФИПА-СПМодель позволяет эффективно удалять глубины.ПЕАИНаименьшее остаточное содержание на поверхности, повышение пассивационной повторяемости.(рисунок1d)

2. Хдифракция лучей(XRD) :: Анализ изменений кристаллической структуры плёнки перовскита после пассивации и2DФазовое образование.ПодтверждениеМеждународный телевизионный фестивальЗначительное подавлениеПЕАИПорошковые пики и2DФазовое образование, эффективное подавление возникновения фазового перехода.(рисунок1е)

3. Фотолюминесцентный спектр(ПЛ) :: оценка подавления радиационных комбинированных потерь,ПЛИнтенсивность отражает эффект пассивации дефекта.показатьМеждународный телевизионный фестивальСпособность пассивировать молекулы,ИПАПри увеличении объёмаПЛИнтенсивность постепенно возрастает.(рисунок3г)

4. Сканирующий электронный микроскоп(СЭМ) :: Непосредственное наблюдение за морфологическими изменениями поверхности тонкой пленки перовскита, особенноПБИ₂Преобразование районов обогащения.ПодтверждениеМеждународный телевизионный фестивальПодавлениеПЕАИРеакционность, после обработкиПБИ₂Область обогащения(Яркая область)Сохраняется частично.(рисунок1 г)

5. спектр ЯМР(НМР)и инфракрасный спектр преобразования Фурье(FTIR) :: Изучение растворителей,ПБИ₂Механизм молекулярного взаимодействия между соединениями и пассиватором.ПодтверждениеМеждународный телевизионный фестивальАтомы фтора и пассиваторы аммония образуют сильные водородные связи, а конкуренция препятствует формированию низкоразмерной фазы.(рисунок2f)

6. Статистический анализ фотоэлектрических параметров : ОценкаSPУниверсальность, повторяемость и применимость стратегии.ПодтверждениеSPСтратегия превосходна в различных устройствах,1 см2обширная площадьПСК的ПЦЕот21,6%Повышение до24,5%А.(рисунокS 24а)

заключение

Исследовательская группа успешно разработалаНасыщенность (SP) СтратегияЭффективное решениеПСКТрадиционные методы пассивации из - за изменчивости состояния поверхности вызывают проблемы с непоследовательностью эффекта, что значительно повышает эффективность, стабильность и воспроизводимость устройства.

Основные инновационные прорывы:

1.FIPAКлючевая роль растворителяФторированный изопропиловый спирт (Международный телевизионный фестивальЗначительно снижает реакционную активность молекул пассивирующего агента с перовскитом по сравнению с традиционным изопропиловым спиртом (ИПАОбеспечить пассивацию дефекта и не мешать передаче заряда.Международный телевизионный фестивальРасширьте операционное окно, чтобы стратегия отличалась высокой толерантностью к изменениям концентрации пассивирующего агента, методам осаждения и совместимым пассивирующим агентам, демонстрируя превосходную универсальность.

2. Свойства устройства:: Многочисленные прорывы в эффективности:н-и-пНизкий зазорПСКдо25,6%Аp-i-nНизкий зазорПСКдо26,0%Аp-i-nШирокополосный зазорПСКдо23,0%А1 см2обширная площадьПСКдо24,5%А.SPСтратегия обеспечивает более широкий диапазон действия концентрации пассивирующего агента (20-100 мМ ПЕАИСохранение эффективности при концентрации25%Эффективно подавляет эффект гистерезиса, значительно улучшает производительность устройства большой площади.

3. Отличное проявление стабильностиУскорение жизненного цикла (65°С、0.8Солнечный свет,Н₂Окружающая среда),SPАппаратура1000Через час остается больше80%начальныйПЦЕТрадиционная пассивация (КП(Устройство перед260Заметный спад в течение часа, даже хуже, чем необработанные контрольные группы, приписываемыеSPСтратегия эффективно уменьшает чрезмерное проникновение пассивирующих веществ.

4. QFLSЗначительное улучшениеА.SPОбработка пленки показывает непрерывностьQFLSУлучшения,100 мМ ПЭАИ/ФИПАОбработанная пленкаQFLSфильмУлучшения достигают17,5 мВЯвно превосходитПЭАИ/ИПА的12,8 мВПоказать воспроизводимый эффект в снижении потери напряжения в открытом контуре.

Источник: Nature Energy DOI: 10.1038 / s41560 - 025 - 01791 - z

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