Предисловие

В солнечных фотоэлектрических и передовых исследованиях материалов квазиферминовый уровень распадается (QFLSЕго пространственное распределение (Картирование QFLSЭто ключевой инструмент для понимания материалов, диагностики узких мест в устройствах, руководства разработкой новых материалов и оптимизации процесса.

QFLSЭто химическая разность потенциалов фотонов (электронов и дырок) в несбалансированном состоянии. Теоретически он равен открытому напряжению идеального устройства (ВоцВ)). Но в реальных устройствах существует потеря электрохимического потенциала на интерфейсе транспортного слоя и электрода, что приводит к этой идеальной взаимосвязи"Несоответствие". Анализ этого несоответствия является прорывом в улучшении фотоэлектрических технологий.

QFLSПочему это так важно в фотоэлектрических исследованиях?

QFLSПрямое измерение качества материала в фотоэлектрическом абсорбционном слое представляет собой теоретический потолок напряжения открытого контура устройства. Мы используем фотолюминесценцию (ПЛСпектральные прямые измеренияQFLSИзбегайте сложных проблем интерфейса при изготовлении полного устройства. черезQFLSСпособность непосредственно оценивать композитную активность самого материала помогает исследователям понять его внутренний потенциал на ранних этапах разработки материала.

QFLSИзмерения непосредственно количественно оценивают комбинированные и нерадиоактивные потери в солнечных элементах. Нерадиационная композиция вызываетQFLSОсновные причины отклонения от пределов радиации. Благодаря этой разнице можно точно определить источник потери напряжения: композиция тела из самого материала или проблема интерфейса.

ИнтерпретацияQFLSиВоц的“Тайна несоответствия"

Теоретически,QFLSнапряжение наружного включения прибора должно быть равноВоц(Воц = ΔEF/qВ)). Но в реальных устройствах они часто отличаются. Это различие указывает на наличие потери электрохимического потенциала на границе раздела.

ГерманияФраунгофер ISE的Ули ВюрфельКоманда профессора находится2021ГодЭнергетические технологии« В нем указано, что плоские перовскитные солнечные батареиВоцПовышение.250мВНо...ПЛСигнал меняется в два раза.[1]Они считают, что это может быть сделано с помощью нескольких квазиферметровых уровней носителей (QFLОбъяснить градиент в направлении соответствующего электрода. Насыщение скорости носителя в гетерогенном переходе может привести кQFLНепрерывность. Под влиянием движения ионов несоответствия более очевидны. Это говорит о том, что даже если сам материал хорошего качества, если интерфейс электрохимического потенциала передачи плохо, внешнийВоцНе отражает и внутреннюю.QFLSПотенциал.

Фото взято из:Движение ионов объясняет огромное увеличение ЛОС, несмотря на практически неизменное внутреннее расщепление квази-Ферми в планарных перовскитных солнечных элементах

ГерманияПотсдамский университет的Мартин СтолтерфохтКоманда профессора находится2021ГодПередовые энергетические материалыВ ", подробно описаныQFLS-VocНесоответствующие механизмы[2]Они определяют селективный фактор для большинства носителей (селективность, Se, майЭтот фактор связан с контактным сопротивлением большинства и нескольких носителей. Диаграмма1Диаграмма энергетической зоны, показывающая, как избирательный и неизбирательный слои контакта дыр влияютQFLСтепень изгиба, которая, в свою очередь, приводитQFLS-VocНе совпадает. Низкий уровень миграции, наличие среднего слоя может привести к серьезным последствиям.QFLS-VocНесоответствие, даже еслиQFLSПостоянное повышение,ВоцНо может снизиться.Рис. 5(b)А5(с)и5(d)Результаты моделирования показывают, как низкий уровень миграции влияет на средний слойQFLSГрадиент иВоцТенденции к снижению.

Фото взято из:Несовместимость расщепления квази-Ферми и Voc в перовскитных солнечных элементах – рис.1

Для быстрого отбора материалов с высоким потенциалом и оптимизации материалов транспортного слоя,QFLS-КартировщикТест - оборудование позволяет быстро и точноQFLSИзмерить, а затем предсказать теоретический потолок эффективности материала и генерироватьПсевдо J-VКривая. Таким образом, исследователи могут быстро освоить потенциал материала до того, как компоненты будут подготовлены, что значительно сократит затраты и время проб и ошибок.

Картирование QFLSВизуализация выявляет однородность и недостатки материала

Одинокая точкаQFLSИзмерения важны, но однородность материала на микроуровне оказывает решающее влияние на производительность устройства.Картирование QFLSТехнология обеспечивает материальную поверхностьQFLSРаспределение визуальных изображений, так что преимущества и недостатки материала с первого взгляда. черезКартирование QFLSВозможность непосредственного наблюдения материалов по регионам.QFLSРазличия, выявление локальных дефектов или проблем с неоднородностью.

ВеликобританияКембриджского университета的Сэм СтрэнксКоманда профессоровв2025ГодЭнергетические письма ACSВ ", использование гиперспектральных абсолютовПЛТехнология визуализации получила суббатарею.QFLSКарта отображения[3].Они сравнилиГО/2ПАЧПоследовательное подключение батарей к опорным батареямQFLSРаспределение, результаты показываютГО/2ПАЧАккумуляторы в нижнем диапазоне (ЛБГШирокополосные (ВБГБолее равномерно в батарее.QFLSРаспределение. Это означает, что нерадиоактивные комплексы подавляются, а потери внутреннего и внешнего напряжения улучшаются.Рис. 3(а)и3(b)的QFLSИзображения, иДополнительная рис. S14иС15的QFLSГистограмма распределения, наглядно показывающая различные уровни интерфейсаQFLSПоследствия однородности.

Фото взято из:Оптимизированный слой взаимосоединения на основе оксида графена в тандемных солнечных элементах полного перовскита - рис.3ab

Профессор Хоу Ии, Национальный университет Сингапурав2024Опубликовано в годЭнергетика и экологическая наукаВ статье показаны различные плёнки перовскита.QFLSКарта изображения[4]Они обнаружили, что черезФАИзмененная пленка показывает более высокий уровень по всему району обнаружения.QFLSЗначения с лучшей пространственной однородностью, что доказываетФАМожет пассивировать дефекты, уменьшать нерадиоактивные композиции, тем самым улучшая фотоэлектрическое качество перовскитной пленки.Рис. 3(а)Эти результаты представлены.

Фото взято из:Превышение предела ЛОС Шокли-Квейсера на 90% в солнечных элементах перовскита с широким диапазоном 1,79 eV с использованием самосборочных монослоев, замещенных бромом – рис.3a

ПроникновениеQFLS-КартировщикОбнаружение оборудования, которое исследователи могут сделать за короткий промежуток времени3Получить за секундуQFLSВизуализация. Это позволит не только быстро освоить весь материал.QFLSРаспределение, а также возможность оценки однородности и дефектов материалов в режиме реального времени, для скрининга материалов на ранних этапах исследований и разработок и мониторинга процесса производства, имеет незаменимые преимущества.

Количественная потеря энергии: отПЛКИдоQFLS

QFLSНе только качественно судить о качестве материала, но и количественно анализировать потери энергии.QFLSФормула расчета:QFLS = кBT ln (PLQY × JG / J0,rad)Вот.ПЛКИЭто фотолюминесцентная квантовая производительность,JGплотность светового тока,J0, радТёмное излучение насыщено плотностью тока. С помощью этих параметров можно точно разобрать соотношение радиационных и нерадиоактивных комбинированных потерь.

ГерманияПотсдамский университет Мартин СтолтерфохтКоманда профессоровв2020Опубликовано в годПрикладные материалы и интерфейсы ACS« В диссертации, используяПЛКИиJGКоличественно.QFLS [5]Они обнаружили, что, сравнивая измеренныеQFLS& Пределы излученияЛОСА,МАПИИ трехъядерная ионная перовскитная пленка имеет нерадиоактивные комбинированные потери (МАПИА200 меВСаньянский ионный перовскит110 меВВ)). Они также наблюдали, что вHTL/Интерфейс перовскита и перовскитС60Увеличение комплексных потерь интерфейса.Таблица 2Данные об этих потерях,Дополнительная фиг. S5Показать эти потери. Это исследование показывает,QFLSКак определить точную точку соприкосновения.

Фото взято из:Рекомбинация дефектов и интерфейсов Ограниченное расщепление квази-Ферми-уровня и напряжение с открытой схемой в моно - рис.2

Циндаоский институт биоэнергетики и процессов Академии наук Китаяв2024ГодПередовые материалыВ ", использованиеQFLSКоличественная оценка потерь энергии, вызванных нерадиоактивными соединениями в перовскитных солнечных элементах[6].Они используютEQEСпектральные вычисленияJGВ сочетании с спектральными вычислениями черного телаJ0Точная оценкаQFLSА.

Фото взято из:Улучшенная квази- Да.Распределение солнечных элементов перовскита на уровне Ферми универсальным двойным- Да.Функциональный полимер – рис.4b

Профессор Ли Ган, Политехнический университет Гонконгав2025ГодПередовые материалыВ ", в примененииQFLS = qVoc,rad + kBT ln(PLQY)Низкий анализ формулы.ЛОСИсточники убытков[7]Они обнаружили, что вСНО2/Интерфейс залегания перовскита, через свою стратегию, потеря энергииΔ(ЛОС, рад)-QFLS)от62 меВСнижение до34 меВА.Рис. 4(e)иТаблица S5Показать эти данные и подтвердить сверхнизкийЛОСУбытки в основном связаны с устранением нерадиоактивных комплексов интерфейса.

Фото взято из:Регулирование погребенного интерфейса с помощью супрамолекулярного собранного шаблона позволяет высокопроизводительным перовскитным солнечным элементам минимизировать дефицит ЛОС - рис.4e

QFLS-КартировщикКонтрольно - измерительное оборудование с его высокой6КоличественныйПЛКИЧувствительность может быть от1Е-4%的ПЛКИЗначения для измерения. Более того, он принимаетНИСТОтслеживаемые нулевые компоненты с международно признанными методами измерения обеспечиваютQFLSТочность измерений. Это позволяет исследователям точно количественно оценить потери нерадиоактивных композиций, обеспечивая надежную поддержку данных для оптимизации материалов.

Руководство по разработке материалов и интерфейсов

QFLSЭто не только диагностические инструменты, но и руководство по разработке материалов и интерфейсов. черезQFLSИзменения могут оценить эффект различных материалов транспортного слоя, а также влияние процессов химической очистки или отжига на свойства поверхности поглощающего слоя.

ЛюксембургЛюксембургский университет Сюзанн СибентриттКоманда профессоровв2018Опубликовано в годIEEE Journal of Photovoltaics (журнал фотоэлектроэнергии IEEE)"В диссертации, исследуетсяNaFиNaF+RbFПоследующая обработка осадковСИГСВлияние тонкой пленки[8]Они обнаружили, что черезNaF+RbFОбработка абсорбционного слоя,QFLSВыше, чем только черезNaFОбработка образцов, что связано с уменьшением нерадиоактивных комплексов, даже вCdSОсадки происходят еще до начала. Даже абсорбционный слой, подвергающийся воздействию воздуха и деградации поверхности, после обработки тяжелым щелочным металлом,QFLSАналогичная тенденция к улучшению наблюдается и в отношении обработки щелочных металлов, которая улучшает качество и поверхность самого абсорбционного слоя.Рис. 3Эти тенденции проявляются.

Фото взято из:Влияние обработки после осадки натрия и рубидия на расщепление Cu(In,Ga)Se2 тонких пленок на уровне квази-Ферми – рис.3

АлжирВысшая национальная школа возобновляемых источников энергии的Хихем БенчерифКоманда профессоровв2025ГодСолнечная энергияВ ", исследовал в3DВведение перовскита2DВлияние двойных переходов и переносных слоев в различных отверстиях[9]Они обнаружили, что эти оптимизации улучшилисьПЛКИиQFLSЭто указывает на снижение нерадиологических потерь.Рис. 5иТаблица 6Это показывает эффект этих улучшений.

Фото взято из:Достижение расщепления уровня квази-Ферми вблизи радиационного предела в эффективных и стабильных 2D/3D перовскитных солнечных элементах: подробная модель баланса - рис.5а

QFLS-КартировщикИспытательное оборудование может быстро прослойываться.QFLSТестирование и поддержка фазовых изменений в исходном положенииПЛАнализ. Исследователи могут оценить влияние каждого материала на общую производительность по слоям в процессе подготовки, быстро определить узкие места и оптимизировать условия процесса и выбор материала.

Углубленное изучение динамики носителей и контроля дефектов

QFLSЭто связано не только с макроскопическими характеристиками устройства, но и с более глубоким отражением микроскопической концентрации носителей, срока службы и уровня тумана. Выше.QFLSЭто может означать более низкую комбинированную активность или может указывать на более высокую концентрацию легирования. Для точного разграничения этих двух эффектов необходимоQFLSСочетание с другими методами измерения.

Профессор Ду Цзулян из Хэнаньского университета, Китай2023ГодNature CommunicationsВ ", исследует, как путем увеличенияQFLSчтобы уменьшить тепловую генерацию квантовых точечных светодиодов.[10]Они обнаружили, что для заданной плотности электронов, если скорость поглощения пленки остается неизменной, уменьшаетсяQDПлотность скопления может увеличить электроныQFLSХотя это исследование направлено насветодиодныеНо его основная идея- Да.Улучшение за счет оптимизации управления носителямиQFLSТо же самое относится и к фотоэлектрической области.

Фото взято из:Минимизация генерации тепла в квантовых точечных светоизлучающих диодах путем увеличения расщепления квази-уровня Ферми - рис.1b

QFLS-КартировщикТест - оборудование не только доступно быстро.QFLSДанные, их мультимодальные функции также позволяют комбинировать с другими методами измерения, такими как разрешение времениПЛ(Ведущая последовательностьТаким образом, более полный анализ глубинных физических механизмов, таких как срок службы носителей, концентрация легирования и плотность дефектов.

Заключение

QFLSТехнология отображения стала инструментом фотоэлектрических исследований. Он не только обеспечивает средства количественной потери энергии, но и играет руководящую роль в скрининге материалов, интерфейсной инженерии, оптимизации процесса и фундаментальном физическом понимании. От макроскопической диагностики производительности устройства до микроскопической динамики носителей и контроля дефектов,QFLSОбеспечивает многомерное понимание и ускоряет разработку нового поколения высокоэффективных фотоэлектрических устройств. Осваивать и эффективно использоватьQFLSАнализ является важным навыком для любого профессионала, занимающегося исследованиями фотоэлектрических материалов и устройств.

Список литературы

1. Herterich, J., Unmüssig, M., Loukeris, G., Kohlstädt, M., & Würfel, U. (2021). Движение ионов объясняет огромное увеличение ЛОС, несмотря на практически неизменное внутреннее расщепление квази-ферми на уровне плоских перовскитных солнечных элементов.Энергетические технологииА,9(4), 2001104. DOI:10.1002/ente.202001104

2. Warby, J., Shah, S., Thiesbrummel, J., Gutierrez-Partida, E., Lai, H., Alebachev, B., Grischek, M., Yang, F., Lang, F., Albrecht, S., Fu, F., Neher, D., & Stolterfoht, M. (2023). Несовместимость расщепления квази-ферми и Voc в перовскитных солнечных элементах. Передовые энергетические материалы. DOI:10.1002/aenm.202303135

3. Fitzsimmons, M. R., Roose, B., Han, Y., Kang, T., Chiang, Y.-H., Huang, C.-S., Lu, Y., Yang, T. C.-J., Chosy, C., Guan, S., Anaya, M., & Stranks, S. D. (2025). Оптимизированный взаимносоединительный слой на основе оксида графена в тандемных солнечных элементах полного перовскита.Энергетические письма ACS, 10(2), 713–725. DOI:10.1021/acsenergylett.4c03065

4. Wei, Z., Zhou, Q., Niu, X., Liu, S., Dong, Z., Liang, H., Chen, J., Shi, Z., Wang, X., Jia, Z., Guo, X., Guo, R., Meng, X., Wang, Y.-D., Li, N., Xu, Z., Li, Z., Aberle, A. G., Yin, X., & Hou, Y. (2025). Превышение предела ЛОС Шокли-Квейсера на 90% в солнечных элементах перовскита с широким диапазоном 1,79 eV с использованием самособирающихся монослоев, замещенных бромом.Энергетика и экологическая наукаПредварительная онлайн-публикация. DOI:10.1039/D4EE04029E

5. Zhang, S., Shaw, P. E., Zhang, G., Jin, H., Tai, M., Lin, H., Meredith, P., Burn, P. L., Neher, D., & Stolterfoht, M. (2020). Дефектная/интерфейсная рекомбинация Ограниченное квази-ферми-уровневое расщепление и напряжение с открытой схемой в монокатионных и тройнокатионных перовскитных солнечных элементах.Прикладные материалы и интерфейсы ACS, 12(33), 37647–37656. DOI:10.1021/acsami.0c02960

6. Liu, D., Chen, C., Wang, X., Sun, X., Zhang, B., Zhao, Q., Li, Z., Shao, Z., Wang, X., Cui, G., & Pang, S. (2023). Усиленное квази-Ферми-уровневое расщепление перовскитных солнечных элементов универсальным двухфункциональным полимером.Передовые материалыПредварительная онлайн-публикация. DOI:10.1002/adma.202310962

7. Wang, Z., Liang, Q., Li, M., Sun, G., Li, S., Zhu, T., Han, Y., Xia, H., Ren, Z., Yu, B., Zhang, J., Ma, R., Chandran, H. T., Cheng, L., Zhang, L., Li, D., Chen, S., Lu, X., Yan, C., Azmi, R., Liu, K., Tang, J., & Li, G. (2025). Регулирование погребенного интерфейса с помощью супрамолекулярного собранного шаблона позволяет высокопроизводительным перовскитным солнечным элементам минимизировать дефицит ЛОС.Передовые материалыПредварительная онлайн-публикация. DOI:10.1002/adma.202418011

8. Wolter, M. H., Bissig, B., Avancini, E., Carron, R., Buecheler, S., & Jackson, P. (2018). Влияние обработки после осадки натрия и рубидия на расщепление Cu(In,Ga)Se2 тонких пленок на уровне квази-Ферми.IEEE Journal of Photovoltaics, 8.(5), 1320–1325. DOI:10.1109/JPHOTOV.2018.2855113

9. Aouni, Q., Kouda, S., Batoo, K. M., Ijaz, M. F., Sahoo, G. S., Bhattarai, S., Sasikumar, P., & Bencherif, H. (2025). Достижение квази-фермийского уровня расщепления вблизи радиационного предела в эффективных и стабильных 2D/3D перовскитных солнечных элементах: подробная модель баланса.Солнечная энергия, 286, 113144. DOI:10.1016/j.solener.2024.113144

10. Gao, Y., Li, B., Liu, X., Shen, H., Song, Y., Song, J., Yan, Z., Yan, X., Chong, Y., Yao, R., Wang, S., Li, L. S., Fan, F., & Du, Z. (2023). Минимизация генерации тепла в квантовых светоизлучающих диодах путем увеличения расщепления квази-уровня Ферми.Природа Нанотехнологии, 18(10), 1168–1174. DOI:10.1038/s41565-023-01441-z