Изучение трудностей и проблем

Существующие высокоэффективные зарядовые избирательные контактные слои (например, самосборные мономолекулярные слои,SAMВ основном для узкого энергетического зазора перовскитовых солнечных элементов оптимизирована, ее характеристики энергетического порядка не являются широким энергетическим зазором (ВБГ) Индивидуальная конструкция перовскита. Эта дислокация интерфейса может привести к серьезной нерадиологической композиции, что напрямую приводит к потере открытого напряжения и снижению коэффициента заполнения, что серьезно ограничивает общую эффективность преобразования мощности устройства.

Основная задача этого исследования заключается в том, как систематизировать иТочное регулированиеSAMэнергетический порядокСделать его иВБГКальциево - титановые залежи достигаютЛучшее соответствиеТаким образом,Снижение комбинированных потерь интерфейса, повышение эффективности экстракции зарядаУлучшение,ВБГОбщие характеристики перовскитовых и слоистых батарей.

Исследовательская группа и публикация

Этот прорыв был сделан изПрофессор Сюэ Цзинцзин из Чжэцзянского университета иДерен Янг教授Совместное руководство, результаты исследований опубликованы в престижных международных академических журналах Nature CommunicationsКоманда показала, как использовать молекулярные структурыИндукционный эффектТочное и систематическое регулирование.SAMЭнергетический уровень, на основе которого была подготовлена высокоэффективная энергияВБГПеровскитовые батареи иРекордно эффективный перовскит/ TOPConСлоистый аккумуляторА.

Научные достижения и перспективы

л Основные инновации: успешное использование « индукционных эффектов» в молекулярной структуре(индуктивный эффект)Для точного и систематического регулирования самосборки мономолекулярного слоя.(САМ)энергетический порядокА.

л реализацияSAMОптимизация энергетического порядка для согласования широкого энергетического зазора(РГБ)Потребность в перовскитных батареяхУстранение узких мест в эффективности, вызванных дисбалансом энергетического порядка.

л Подтверждение наличия мощной электронной группыSAM PyAA-MeOПостроен оптимальный интерфейс для выравнивания энергетических порядков.Это значительно облегчает извлечение дырок и значительно снижает нерадиоактивные комбинированные потери.

л Приготовьте высокоэффективный.ВБГПеровскитовый однопереходный аккумулятор, КПД преобразования мощности(ПСЕ)Максимальное достижение22,8%С высоким открытым напряжением(ЛОС)& Коэффициент заполнения(FF)А.

л Устройство демонстрирует отличную стабильность.Он отлично справляется с различными испытаниями на ускоренное старение, такими как освещение, тепловое напряжение и отслеживание точек максимальной мощности.

л На основе оптимизацииSAMУспешно построен высокоэффективный перовскит./ TOPConСлоистые батареи, реализованы31,1%Эффективность преобразования мощности(Сертификация третьей стороны как30,9%)А.

л Через анализПЛКИВ результате, экстрагировали и количественно оцениликвазифермионное деление(QFLS)УвеличениеА,PyAA-MeOДобавлениеИ перовскитная пленка показывает,Самый большойQFLSУсиление(48,1 меВ)Наиболее высокие из наблюдаемых в фотоэлектрических устройствахЛОСПроявления совпадают,Отражает снижение радиационных комбинированных потерь.А.

л Этот слой аккумуляторной эффективности - это перовскит/ TOPConОдна из наиболее эффективных батарей.А.

Рис. 4e

Экспериментальный процесс и шаги

Рисунок 1ab

Молекулярное проектирование и синтез Исследовательская группа разработала и синтезировала ряд основных структур на основе пирена с акриловыми анкерами.SAMМолекулы, включаяPyAAАPyAA-BrАPyAA-MeиPyAA-MeOМолекулы имеют различные электронные свойства функциональных групп.

SAMПодготовка пленки СинтезSAMМолекулы растворяются в конкретном растворителе, при помощи циклического покрытияИТОНа фундаменте осаждается мономолекулярная пленка, которая затем отжигается, чтобы стабилизировать структуру пленки.

Подготовка плёнки перовскита вSAMРемонтныйИТОНа фундаментной пластине изготавливается раствор предшественника перовскита с широким энергетическим зазором, осаждается перовскитная пленка с использованием технологии вращения и обработки антирастворителем и отжига.

Однопереходная подготовка солнечных батарей поSAMмодификацияИТОВ качестве фундамента последовательно осаждаются титаново - кальциевые залежи, а метод повторного перегрева испарения осаждает электронный транспортный слой (ЛифАС60АBCPи серебряные электроды, однопереходные перовскитные солнечные батареи, которые завершают перевернутую конструкцию.

Подготовка слоистых солнечных элементов Оптимизируются высокощелевые перовскитные батареи (на основеPyAA-MeOИнтеграция в коммерциализациюTOPConКристаллические кремниевые батареи. вTOPConПоследовательное осаждение на кремниевой подложкеНиоксСлой,SAMКальциево - титановый пласт, пассивированный слой поверхности и промежуточный слой (ЛифАС60АСно2Структура верхнего электрода (информацияААгАЛиф), собранные в перовскит/ TOPConСлоистые солнечные батареи.

Теоретическая вычислительная помощь Вычислительное моделирование с использованием функциональной теории плотности и принципа первичностиSAMМолекулы находятсяИТОСтруктура и взаимодействие поверхности помогают понять экспериментальные наблюдения и направляют экспериментальный дизайн.

СимптомыквадратЗакон и результаты

1.J-Vхарактеристическое измерение

Исследовательская группа использует симуляциюAM 1,5 гСпектр(100 мВт см)-²)Измерительная ячейка источника при облучении(Китли 2400)проводитьДж-ВОпределение характеристик. Выполнение точных и надежныхДж-ВДля измерения требуется высококачественный симулятор солнечного света,Световые технологииEnlitech SS-XСимулятор солнечного светаИ, егоАМ1.5GФильтр использует передовую технологию плазменного осаждения с высокой спектральной точностью и отличной долговечностью.

Результаты показывают, что на основе разныхSAMШирокий энергетический зазорПСКИх средняя эффективность отPyAA-Br的12,9%Постепенное повышение доPyAA-MeO的22,1%В том числе,PyAA-MeOФундаментальные устройства работают наилучшим образом.22,8%的ПЦЕЕсть, есть1,24 В的ЛОС、84,3%的ФФи21,8 мА см^-2 的АОА.

рисунок4аПоказывается по - разному.SAM的ПСКУстройствоДж-ВКривая,таблица1Подводя итог параметрам производительности этих устройств.

рисунок4еПоказаны батарейки,Дж-ВКривая.

2.Внешняя квантовая эффективность(EQE)Измерение

Измерить эффективность аккумуляторных батарей для генерации носителей при освещении на разных длинах волн, проверитьДж-ВИзмеряемыйАОЗначения. Исследовательская группа используетEnlitech QE-RВнешняя система интеграции квантовой эффективностиИзмерения проводились в условиях короткого замыкания с использованием усилителя запирания фазы и форвардного усилителя тока.EQEИзмерения позволяют понять реакцию батареи в различных спектральных диапазонах.Световые технологииEnlitech QE-RКвантовая система измерения эффективностиС высокой повторяемостью(> 99.5%)Он также оснащен двумя независимыми двухфазными усилителями блокировки, которые могут одновременно контролировать мощность света и сигналы устройства.

рисунок4b Сравнение основано наPyAAиPyAA-MeOУстройстваEQEКривая.PyAA-MeOБазовыйEQEКривая показывает более высокую реакцию, интегральные вычисленияАОЗначение21,0 мА см^-2Более, чемPyAAБазовый20,2 мА см^-2А.EQEПовышение интегрального тока связано с улучшенным выравниванием энергииБолее эффективное извлечение дырок.А.

рисунок4f Показать перовскит/В кремниевых приборахВБГПодбатареи и кремниевые батареи.EQEКривая, интегралАОЗначение отдельно19,8 мА см^-2 и19,7 мА см^-2А.

3.квазифермионное деление(QFLS)& Связанные оптические представления

QFLS (Quasi-Fermi Level Splitting) (Распределение уровня квази-Ферми)Описание неравномерного распределения энергетических уровней фотонных носителей при освещении для количественной оценки материалаЛОСПотенциал и помогает понять источник радиационных комбинированных потерь. Исследователи измерили его по - разному.SAMперовскитовыйПЛКИ. Исследовательская группа используетEnlitech LQE-50-EL (LQ-50)Электролюминесцентная внешняя квантовая система эффективностиИ, собираяEQEELА.

ПроникновениеПЛКИИзмерение, исследование обнаружило его значениеSAMФункциональные группы увеличивают возможности электроники, отPyAA-Br的0,70%поднятьсяPyAA-MeO的5.71%. Расщепление квазиферминового порядка на основе этого вывода(QFLS)Аналогичная тенденция наблюдается и в улучшенных значениях.PyAA-Br的17,2 меВУвеличениеPyAA-MeO的48,1 меВА, PyAA-MeOПоказать максимумQFLSРасширениеЭто максимальное открытое напряжение его устройства(ЛОС)Высокая степень совпадения. Кроме того, для всего устройстваEQEELИзмерения подтверждают,EQEELЗначение возрастает по мере того, как функциональная группа расширяет возможности электроники, что позволяетPyAA-MeOПотеря напряжения прибора(ΔV)минимум(Только0,18 мВ). Эти превосходные указатели фотоэлектрических характеристик являются результатом благоприятного выравнивания энергии интерфейса,Способствует эффективному извлечению дырок.АЗаметно уменьшается зарядовая композиция интерфейса.А.

Технология Света была запущена совсем недавно.QFLS-КартировщикПредсказание пределов материала!

Компания Enlitech QFLS-Maper，1 / 5Цены на оборудование можно использовать.КартированиеФункциональные результатыИзображение QFLSВизуализация общего распределения квазиФерми уровня энергии, преимущества и недостатки материала с первого взгляда!

Следите за нами и получайте больше новостейЭй!

4.Переходный световой ток(ТПК)Измерение затухания

Изучение динамики извлечения носителей (дырок) в условиях короткого замыкания. Оптимизация выравнивания энергии интерфейса, вызванная индукционным эффектом на электронную метиленоксидную группу, эффективно способствует быстрому извлечению дырок.(рисунок3d)

Другие признаки

1.ХДифракция лучей(XRD)А.Оценка качества кристаллизации перовскитной пленки. Пик и интенсивность выборки были почти одинаковыми и почти не наблюдались.ПБИ₂ Пик33Это показывает, что различные функциональные группы мало влияют на кристаллизацию перовскита.(рисунок2а)

2.широкоугольный двухмерный стреловидный падениеХРассеяние лучей(2D ГИВАКС)

Изучение ориентации кристаллов, осаждаемых перовскитными пленками на различных основах. Во всех четырех случаях кристаллическая ориентация перовскитной пленки аналогична. Это еще раз подтверждает, что измененияSAMФункциональные группы не оказывают существенного влияния на кристаллизацию и ориентацию плёнки перовскита.(рисунокС 24)

3.Сканирующий электронный микроскоп(СЭМ)

Наблюдение за поверхностью перовскитной пленки.SAMИзменение функциональных групп оказывает незначительное влияние на качество плёнки кальциево - титановой руды, осажденной выше.(рисунок2b)

4.Ультрафиолетовое излучение-Видимый спектр(ультрафиолетовая спектроскопия)

Оценка оптических абсорбционных свойств и оптических полос перовскитной пленки. Аналогичные спектральные формы и интенсивность показывают, что изменения в функциональных группах не изменяют поглощения света и оптических полос перовскита.(рисунок2с)

5.спектр ультрафиолетовых фотоэлектронов(UPS)

получитьSAMРемонтныйИТОИнформация об энергетическом уровне поверхности и анализSAMВыровнять энергию с поверхностью перовскита. Доказано, что наблюдаемое улучшение выравнивания энергии в основном связано сSAMИзменение энергетического уровня.(рисунок3b)

6.зондово - силовой микроскоп Кельвина(КПФМ)

измерениеSAMИзменить потенциал поверхности. Показывает, что поверхностный потенциал уменьшается с увеличением способности функциональных групп к электрону, что указывает на то, чтоPyAA-BrдоPyAA-MeO的pПоведение типа становится все более очевидным.(рисунокС 30)

7.фотолюминесценция с временным разрешением(ТРПЛ)

Изучение динамики носителей в перовскитных пленках, особенно процессов извлечения заряда.PyAA-MeOПервый интервал в дифференциальной кривой срока службы базового образца является самым коротким, и этот сегмент в основном определяется процессом передачи заряда, что подтверждаетPyAA-MeOОтличная возможность извлечения заряда интерфейса.(рисунок3с)

9.Разрешение по времениПЛСпектр иPL Картирование

Оценка фотоустойчивости перовскитной пленки. Свет 24 Через час все образцыПЛПри запуске наблюдалось аналогичное красное смещение. Это подтверждаетSAMВлияние функциональных групп на фазовую стабильность плёнки перовскита с широким энергетическим зазором незначительно.(рисунокС 26.27)

10.Отслеживание точки максимальной мощности(MPPT)Тест на стабильность(испытание стабильности MPPT)

Оценка долгосрочной стабильности устройства при непрерывном освещении.рисунокС 39 ПредоставленоMPPTОтслеживание кривых. Изучение незамкнутых устройств в60 °CВыполнено 400 часMPPTПосле тестирования, на основеPyAA-MeOУстройства сохранились более чем99%Первоначальная эффективность. В договоре 2500 При различных часовых тестах на ускоренное старение его эффективность по - прежнему превышает96%Он продемонстрировал свою повышенную устойчивость к внешним стимулам.

11.Тест на ускоренное старение(Ускоренные тесты старения)

Оценка долговечности устройства в условиях ускорения. Приборы в 2500 Через час может остаться больше96%Первоначальная эффективность.

Резюме исследования

Точное регулированиеSAMСтратегия энергетического порядка Исследование успешно разработало стратегию использования эффекта индукции функциональных групп для точного и систематического регулирования энергетических ступеней самосборки мономолекулярного слоя, обеспечивая ключевой метод для клиентских интерфейсов для соответствия конкретным энергетическим щелям перовскита.

Оптимизация порядка интерфейса и экстракции заряда Введя метаоксидные группы, способные давать электроны (PyAA-MeO) Успешно оптимизирована.SAMВыравнивание энергетического порядка интерфейса с перовскитом с широким энергетическим зазором для создания изгиба энергетической зоны, способствующего экстракции из электродыры, экспериментально подтвержденоPyAA-MeOОбладает отличной способностью к извлечению заряда интерфейса.

Простой узелВБГВысокая эффективность перовскитных батарей Оптимизированный с использованием энергетического порядкаPyAA-MeOКак слой выбора электрической дыры, значительно улучшенВБГПроизводительность солнечных элементов перовскита, прибор достигает22,8%Эффективность фотоэлектрического преобразования в основном связана с улучшенной экстракцией отверстий интерфейса и уменьшением нерадиоактивных комбинированных потерь.

Эффективное снижение радиационной рекомбинации и потери напряжения Оптимизированный интерфейс для выравнивания порядка и высокоэффективной экстракции отверстий эффективно снижает нерадиоксирующую композицию устройства.ПЛКИАQFLSАEQE_ELТесты показали,PyAA-MeOУстройства имеют нерадиоактивные комбинированные потери и минимальные потери напряжения в открытом контуре.

Реализация высокоэффективных солнечных элементов Преобразовать высокую производительностьВБГПеровскитные батареи (используетсяPyAA-MeOИнтеграция в коммерческуюTOPConКристаллический кремниевый аккумулятор, успешно сконструированный высокоэффективный перовскит/ TOPConСлоистые солнечные батареи.1 см²Активная площадь многослойного устройства достигает31,1%Эффективность (сертификация третьей стороной)30,91%) ДляTOPConОдна из эффективных характеристик многослойных батарей.

Показать стабильность устройстваPyAA-MeOУстройство демонстрирует отличную работу и тепловую стабильность. Неинкапсулированные устройства в тестах на ускоренное старение, включая отслеживание максимальной мощности, непрерывное освещение и непрерывный нагрев, после длительного периода эксплуатации96% - 99%Первоначальная эффективность.

SAMНебольшое воздействие на перовскитную пленку. Различные функциональные группы.SAMМало влияет на кристаллизацию, морфологию, оптические свойства и фотоустойчивость пленки перовскита, осажденной на ней, что еще раз подтверждает, что улучшение характеристик устройства в основном связано сSAMУлучшение интерфейса с перовскитом, а не изменение самой перовскитной пленки.

Источник: Nature communications DOI: 10.1038 / s41467 - 025 - 59896 - 8

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