Предыстория исследования и проблемы

•Основные проблемы высокоэффективных перовскитовых солнечных батарей: Хотя металлический галогенид перовскита из - за его фотоэлектрических свойств значительно улучшил производительность солнечных батарей и сделалПСК的Эффективность преобразования энергии (ПЦЕ)Постоянно приближается теоретический предел, но процесс его оптимизации по - прежнему сталкивается со значительными препятствиями.

•Проблемы, присущие селективному материалу малых молекулярных отверстий:

А. Проблема равномерного осаждения и концентрации молекул: Существующие маломолекулярные электродырочные селективные материалы, особенно в процессе растворения, трудно реализоватьОдномерное осаждениеИ эффективноПодавление концентрации молекулК примеру, общиеMe-4PACzМолекулы значительно накапливаются в растворе, а их диаметр значительно увеличивается со временем хранения.

А. Негативные последствия для эффективности, воспроизводимости и стабильности: Эта проблема неравномерного осаждения и молекулярной агрегации на батарееЭффективность, воспроизводимостьиДолгосрочная эксплуатационная стабильностьПредставляет собой серьезный ущерб.

А. Индустриализация и массовое производство: Молекулярное скопление не только сокращает раствор предшественника.Срок службыИ это серьезно мешаетНепрерывный процесс промышленного масштабаЭто будетПСККлючевые задачи в области коммерциализации.

•Проблема потери энергии и дефектов:

А. Мелкие молекулярные материалы на границе между кальциево - титановой рудой и пластинойФормирование дефектова такжеКПД интерфейсной передачи зарядаНедостатки привели кнерадиогенная рекомбинацияИ это влияет на устройство.Открытое напряжение (ЛОС)И общая производительность.

А. Существующие устройстваКвазифермионное деление (QFLSЗначение может быть недостаточно высоким, иЭлектролюминесцентная квантовая эффективность (EL-EQEОтносительно низкий, все это напрямую отражает потери энергии и плотность дефектов внутри устройства.

Исследовательская группа и ключевые результаты

Рис. 3i

Это исследование состоит изЧжу Цзунлун, факультет химии, Городской университет Гонконга(Зонглонг Чжу)教授、Цзэн Сяочэн(Сяо Чэн Цзэн)教授иЛи Чжунъань, факультет химии и химии, Хуачжунский университет науки и техники(Чжун'ан Ли)教授Команда, опубликованная в ведущих международных журналах Природа ФотоникаА.

Солнечные батареи (ПСКПроблемы молекулярной агломерации и неравномерного осаждения материала селективного контактного слоя в мезодыре, а также связанные с этим проблемы снижения эффективности, воспроизводимости и стабильности, команда разработала и осадила в общей сложности одинНовыйpМелкие молекулы типаД4ПАобразуется одновременно с перовскитной пленкой,Д4ПАКлюч к молекулярному дизайну лежит внутри молекул.С- Да.СПараллельно. Эта конструкция сцепления позволяетД4ПАМожет образовывать прочные с перовскитом и фундаментомМноготочечное якорное взаимодействиеЭффективно усиливает передачу заряда интерфейса и подавляет образование дефектов внутри кальциево - титанового пласта; В то же время,С- Да.ССопротивление пространственного положения, вводимое сцеплением, позволяетД4ПАПоявляется искаженная молекулярная конфигурация, которая эффективно подавляет скопление молекул.

использоватьД4ПАУстройство реализовано на небольших площадях. 26,72%Сертифицированная эффективность преобразования мощности(ПСЕ)и26,14%Отслеживание максимальной мощности(MPPT)Эффективность.

На эффективной площади для10,86 см2 В мини - модуле,ПЦЕдостигать23,37%СертификацияMPPTЭффективность достигается22,66%. Устройство непрерывно работает в точке максимальной мощности2 500часПосле этого сохранить егоНачальная эффективность97,2%вышеА.

Экспериментальный процесс и шаги

Рис. 3f

· Новый электродырочный селективный материал успешно синтезирован:: Во - первых, благодаря многоступенчатой реакции органического синтеза был успешно подготовлен основной материал Д4ПАМолекулыА.

· Оптимизация формулы раствора - предшественника для достижения совместного осаждения: Для достиженияД4ПАПри совместном осаждении с перовскитной пленкой команда определила конкретную концентрацию Д4ПА(Небольшой размер устройства0,35 мг/млМини модуль для0,32 мг/млПрямое включение в раствор прекурсора перовскитаФормирование содержитД4ПАЧернила из перовскита. Этот шаг гарантируетД4ПАОн равномерно рассеивается и интегрируется в кальциево - титановый пласт.

· Высокоэффективные устройства малой площади: Очистка и предварительная обработкаИТОПосле стеклянной подложки будет содержатьсяД4ПАПредшественник перовскита растворЦиркулирование осаждаетсяИТОНа фундаментеКонтролируя скорость вращения и время добавления капель антирастворителя, образуется однородная перовскитная пленка, которая затем подвергается тепловому отжигу. Затем последовательно испаряется электронный транспортный слой.(C60, BCP)& Серебряные электроды и определены с помощью металлических экранов0,0412 см2Площадь устройства.

· Проверка модуля масштабируемости: Для проверкиД4ПАПотенциал применения в крупномасштабных процессах, команда скорректировала формулу предшественника перовскита и приняла более подходящий для массового производстваскребок(лезвие-покрытие)Будет содержатьД4ПАРаствор покрытИТОНа стеклянной базе.. После покрытия проводится тепловой отжиг и то же испарение последующего электродного слоя. Для формирования модуля было также проведено два лазерных сечения для определения модуля.

· Долгосрочная стабильность и всесторонняя оценка эффективности:: Подготовленные устройства малой площади и мини - модули в бардачке с азотной атмосферой под воздействием аналогового солнечного светаСделано.Дж-ВКривая,EQEиMPPTЭквивалентный тест. Кроме того, для упакованных устройств были проведены тысячи часов MPPTТест на стабильность непрерывной работыДля оценки его долгосрочной эксплуатационной надежности.

Методы и результаты

квазифермионное делениеQFLS

Количественная оценка нерадиоактивных комбинированных потерь в перовскитной пленке и прямое отражение максимального напряжения открытого контура, которое может быть достигнуто внутри устройства(ЛОС)А.QFLSЗначение основаноПроизводительность фотолюминесцентных квантов(PLQY) плотность насыщенного тока в сочетании с тёмным излучением(J0, рад)Расчеты произведены.

Д4ПАбазовыйQFLSЗначение всегда вышеMe-4PACzОсновные устройства, которые еще раз подтверждаютД4ПАэффективныйНедостатки подавленияАУлучшение нерадиологической рекомбинацииВ.100 мВт см^-2 При свете приборЛОСиQFLSРазница между ними почти незначительна, что указывает на очень низкие потери напряжения в интерфейсе.

Рис. 4eА.ПоказатьMe-4PACzиД4ПАПеровскитовые пленки при различной интенсивности светаQFLSКривая.

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

Компания Enlitech QFLS-MaperВ экономически выгодном1 / 5Инвестиционные затраты могут быть реализованыКартированиеФункция и генерация.QFLSИзображение, интуитивно отображает полную картину распределения квазиФерми уровня энергии, качество материала сразу же появляется!

Следите за нами, получайте техническую информацию из первых рук!

ток-Свойства напряженияДж-Вкривая

Оценка общих характеристик фотоэлектрического преобразования солнечных элементов. использоватьСветовые технологииЭнелитехСимулятор солнечного света ксеноновой лампыSS-F5НынеSS-X)Калибровка интенсивности света на100 мВт см^-2И черезКитли 2400Исходная таблицаПоложительное (-0,1 Вдо1,35 ВОбратное сканирование (1,35 Вдо-0,1 В) Измерения. Для мини - модулей диапазон сканирования составляет-0,1 Вдо6,2 ВА.

л Значительно улучшились характеристики малогабаритных приборов.А.Д4ПАБазовыйПСКВыполнено.26,83%的эффективныйКоэффициент (сертифицирован как26,72%)Это значительно превосходитMe-4PACzопорный24.97%.ОптимальныйД4ПАУстройствоОткрытое напряжение(ЛОС)достигать1,200 В(Значение аутентификации1,197 В)Плотность тока короткого замыкания(АО)за26,11 мА см^-2(Значение аутентификации26,21 мА см^-2)Коэффициент заполнения(FF)за85,63%(Значение аутентификации85,17%В)).

л Модульная проверка производительности: На эффективной площади для10,86 см2Мини - модуль перовскита реализован ПСЕ 23,37%& СертифицированныеMPPTЭффективность22,66%Проверено,Д4ПАПотенциал в масштабируемом процессе.

Рис. 3аА.Представлено использованиеMe-4PACzиД4ПАВ качествеHSCЛучшие характеристики устройства.Дж-ВКривая.

Рис. 3bА.показатьД4ПАСертификация базовых устройствДж-ВКривая.

Рис. 3gА.Покажи.Д4ПАБазовый мини - модуль.Дж-ВКривая.

Внешняя квантовая эффективностьEQE

Измерение эффективности солнечных элементов в преобразовании падающих фотонов в электронный ток на разных длинах волн и может использоваться для расчета плотности тока короткого замыкания устройства(АО)К тому же,Высокая чувствительностьEQE Измерение плотности тока насыщения, который может быть использован для оценки темного излучения прибора(J0, рад). Использование.Световые технологииЭнелитех的QE-R EQEсистемаПроведение внешних измерений квантовой эффективности.Высокая чувствительностьEQE ИспользоватьСветовые технологииЭнелитех的ПЭКТ-600система(сейчасFTPS)Электрический ток усиливается и изменяется через блокирующий усилитель.

Д4ПАБазовая суммаMe-4PACzбазовыйEQEСпектр показывает сходство плотности интегрированного тока. Высокая чувствительностьEQEИзмерения показывают,Д4ПАУстройство J0, радза5.41×10^-21мА см^-2Заметно нижеMe-4PACzУстройство9.87 × 10^-21мА см^-2Это показывает, чтоД4ПАЭффективно уменьшается нерадиоактивная композиция устройства.

Рис. 3eА.Появляется.Me-4PACzиД4ПАУстройствоEQEСпектр.

Рис. 53А.ПоказатьMe-4PACzиД4ПАосноваПСКВысокая чувствительностьEQEКривая.

Электролюминесцентная квантовая эффективностьEL-EQE

Прямая количественная оценка потери энергии прибора в электролюминесцентном режиме, высокаяEL-EQEЗначения означают более низкие нерадиоактивные комбинированные потери устройства. ПроникновениеСветовые технологииЭнелитех的ЭЛКТ-3010Инструменты(сейчасREPS)Направление внешнего напряжения/Источник тока измеряется.

Д4ПАосноваПСК的EL-EQEГандам 15,25%Гораздо вышеMe-4PACz的6.23%Это доказываетД4ПАЭффективно снижает потери энергии устройства.

Рис. 4fА.Сравнение.Me-4PACzиД4ПАосноваПСКВ режиме светодиодаEL-EQEСпектр.

Отслеживание точки максимальной мощностиMPPTТест на стабильность

Оценка непрерывного моделирования солнечного света в упаковке (1 Под солнцем - долгосрочная эксплуатационная стабильность при непрерывной работе в точке максимальной мощности. После упаковкиПСКВ атмосфере воздуха, при комнатной температуре1Солнечный эквивалентсветодиодныеБеги под лампой. использоватьмногопотенциометрОтслеживать выход максимальной точки мощности и следоватьИСОС-Л-1Соглашения.

Д4ПАУстройство на базе демонстрирует операционную стабильность и непрерывно работает в точке максимальной мощности 2 500Через час сохраняется его первоначальная эффективность.97,2%вышеЛучше, чем контрольное устройство (2 500Осталось только через час.82,7%В)).

Рис. 3iА.Показывает непрерывность упаковки при максимальной мощностиAM 1,5 гнормализация аналогового солнечного светаПЦЕЭволюция.

Другие признаки

расчет функциональной теории плотности(ДФТ)Расчет) Расчет прогнозовД4ПАМолекулярная конфигурация, связанная с интерфейсом, показываетД4ПАПодключение к низкомолекулярной связи через двухпозиционную привязку(-1,5 eV против Me-4PACz)的-2,356 eV)Эффективное подавление скопления молекул.(Рис.2g)

Хспектр рентгеновских фотоэлектронов(XPS) Анализ химического состояния поверхности материала,Д4ПАВ тонкой пленкеПбЗаметное смещение характерных пиков подтверждает более тесное взаимодействие с кальциево - титановыми залежами.(рис. 2а)

инфракрасный спектр преобразования Фурье(FTIR) Отслеживание молекулярных колебаний при температуре,Д4ПА的P = ОВибрационные пики смещаются при низких температурах и остаются стабильными, что указывает на формирование прочных связей на ранней стадии.(рис. 2c)

зондово - силовой микроскоп Кельвина(КПФМ) Измерение распределения потенциала на поверхности,Д4ПАПленка сохраняет равномерный и стабильный потенциал поверхности после нагрева, что подтверждает иИТОПовышение термической устойчивости связи.(рис.15)

Масс - спектрометрия вторичных ионов во время полёта(TOF-SIMS) Анализ распределения глубин элементов,П+Сигнальная индикацияД4ПАРаспространяется равномерно по всему слою кальция - титана, а не концентрируется на интерфейсе.(Рис. 1b)

Динамическое рассеяние света(DLS) Мониторинг концентрации молекул в растворе,Д4ПАв12Через час только от62 нмУвеличение102 нмЗначительно нижеMe-4PACz的211 нмУвеличение405 нмА.(Рис.2i)

широкий угол стреловидного паденияХРассеяние лучей иХДифракция лучей(GIWAXS/XRD) Показать тонкопленочную кристаллическую структуру,Д4ПАНизкийqИнтенсивность рассеяния в зоне значений значительно снижается, образуя очень неупорядоченную аморфную структуру.(рис. 24)

спектр Рамана, связанный с поляризацией Обнаружение ориентации расположения молекул, дальнейшее подтверждениеД4ПАУникальная структура подавляет упорядоченный стек молекул.(Рис.27)

Фотолюминесцентное отображение и фотолюминесценция с временным разрешением(ПЛ)Отображение/ ТРПЛ) Оценка эффективности извлечения заряда,Д4ПАПленка имеет более однородную низкую прочность.ПЛРаспределение, значительное сокращение срока службы носителей указывает на повышение эффективности извлечения отверстий.(рис. 4а-с)

Анализ плотности ловушки(tDOS)анализ) Количественная плотность ловушки,Д4ПАОсновные устройства в глубокой ловушке.(0,4-0,5 В)Показать нижеtDOSПодтверждение эффективной пассивации глубоких дефектов.(Рис.4d)

заключение

Исследование путем введенияНовыйpМелкие молекулы типаД4ПАСолнечные батареи в перовските (ПСК) Область достигла прорывных результатов исследований, значительно улучшила ееЭффективность, стабильность и осуществимость процессаА.

· Уникальный молекулярный дизайн и механизм действия.А.

о Д4ПАЭто...БиомерыpМелкие молекулы типаИ, его分子内С-ССвязьВ двух дифенилах[с, г]Кокаин (ДБК) Между единицами вводится мощныйпространственное позиционное сопротивлениеА.

о Такая структура позволяетД4ПАиметьЖесткая конфигурацияИ черезвнутримолекулярная водородная связьДальнейшая стабилизация.

о Д4ПАМожно иИТООбразование фундамента и кальциево - титановых пластовСильная многоточечная фиксация.В частности,Двойной терминал (2Т) Настройка якоряА.

· Эффективное подавление скопления молекулА.

о Д4ПАНизкая энергия межмолекулярной связи (около***-1,495 eV**), подтверждая свою мощную пространственную потенциальную энергию сопротивленияЭффективное подавление межмолекулярной агрегацииА.

о DLSАГИВАКССиXRDАнализ показал,Д4ПАВ растворе предшественникаТенденция к снижению концентрацииИ формируетсяОчень неупорядоченная аморфная структураЭффективно подавляет упорядоченный стек и кристаллизацию молекул.

о Это гарантирует.Д4ПАВ перовскитных чернилахРавномерная дисперсияИ удлиняет раствор предшественника.Срок службыА.

· Улучшение взаимодействия интерфейса с дефектами пассивацииА.

о XPSиFTIRАнализ показываетД4ПАмежду кальциево - титановыми залежами.Более сильные интерфейсы взаимодействия.Они формируются на ранних стадиях роста зерна.Крепкая связьА.

о Д4ПА的2Тэнергия анкерной конфигурацииГлубокие дефекты поверхности эффективно пассивированного перовскита(Например, йодные пробелы, йодные промежутки и йод)/Обратное положение свинца) значительно снижает плотность состояния ловушки.

о ПЛОбраз иВедущая последовательностьДанные показывают,Д4ПАтонкопленочныйЭффективность извлечения отверстий повысилась и стала более равномерной.А.

о Д4ПАбазовыйРасщепление квазиферминского уровня (QFLSЗначение всегда вышеДальнейшая проверка дефектного подавления и нерадиологического комбинированного улучшения.

· Свойства устройстваА.

о на основеД4ПАСолнечные батареи из перовскита.Гандам26,83%的эффективныйкоэффициент（Эффективность сертификации для26,72%) Значительно превосходит контрольное устройство.

о Оптимальное напряжение (ЛОС) Достижение1,200 ВПлотность тока короткого замыкания (АО) Для26,11 мА см^-2Коэффициент заполнения (ФФ) Для85,63%А.

о Отслеживание максимальной мощности (MPPT) Эффективность достигнута26,14%А.

· Отличная долгосрочная стабильность.А.

о После упаковкиД4ПАОсновные устройства демонстрируют операционную стабильность в точке максимальной мощности (МПП) Непрерывная работа2 500Через час остается больше97,2%Первоначальная эффективностьА.

о Д4ПАПленка иИТОПовышение термостабильности связи.

о Д4ПАПеровскитные чернила имеют более длительный срок хранения,12После часового хранения,Д4ПАСредняя эффективность устройства снизилась незначительно.0,32%А эталонные чернила упали.1,81%А.

· Возможность реализации крупномасштабного процессаА.

о Данное исследование проходитскребокУспешно создана эффективная площадь10,86 см2Мини - модуль перовскитаИ, егоЭффективность достигается23,37%（СертификацияMPPTЭффективность как22,66%В)).

Этот результат показывает,Д4ПАвУпрощение непрерывного процесса коммерциализацииОгромный потенциал для высокоэффективных и масштабируемых перовскитовых солнечных батарей.

Источник: nature photonics DOI: 10.1038 / s41566 - 025 - 01725 - x

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