Bối cảnh nghiên cứu và điểm khó

Mặc dù pin mặt trời perovskite phát triển nhanh chóng, nhưngĐiện áp mạch hở vẫn tụt hậu đáng kể so với lý thuyếtcủa Shockley-QueisserGiới hạnTrở thành nút thắt mấu chốt hạn chế hiệu suất tăng lên. Các nguyên nhân chính gây mất điện áp bao gồm:Sự không phù hợp của các lớp năng lượng tại các giao diện chính và sự kết hợp không bức xạ quá mức. Đặc biệt là trong các cấu trúc truyền thống,SnO2Không phối hợp trên bề mặt của lớp vận chuyển điện tửSn2+ (Sn-OH)Tạo vị trí bẫy nôngTổn hại nghiêm trọng đến hiệu suất truyền tải điện tử. Những khiếm khuyết giao diện này không chỉ làm giảm hiệu suất của thiết bị mà còn đẩy nhanh quá trình phân hủy perovskite trong môi trường nhiệt và độ ẩm, dẫn đến sự thiếu ổn định hoạt động lâu dài.

Nhóm nghiên cứu và kết quả quan trọng

Nghiên cứu đột phá này được thực hiện bởiGiáo sư Gang Li, Đại học Bách khoa Hồng Kông(Gang Li) 、Quan LiuGiáo sư vàJinyao Đường教授Cùng chủ đạo, cùng với Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Công Quảng Châu vàDặm HKU-SIRIHợp tác với các học giả, được công bố trên tạp chí.《Vật liệu tiên tiến》，ởSnO2Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (MeOBTBT-Poet) Là một khuôn mẫu được thúc đẩy bởi tinh thể perovskiteCách tiếp cận sáng tạo của họ không chỉĐiều chỉnh chính xác sự phát triển của tinh thể perovskiteĐồng thời cũng hiệu quả.Thụ động hóa các khiếm khuyết giao diện và tối ưu hóa liên kết mức năng lượngVề cơ bản đã được giải quyết.VOCVấn đề thua lỗ.

Tóm tắt các kết quả nghiên cứu quan trọng

Hiệu suất thiết bị đột phá với tổn thất điện áp cực thấp:Nhóm nghiên cứu thành công trong việc lắp đặt pin mặt trời perovskite(PSC)củaĐiện áp mạch hở được nâng lên1,23 VMất điện áp chỉ0,306 V，đến giới hạn lý thuyết.97.2%—Đây là giá trị tổn thất rất thấp trong tất cả các hệ thống perovskite. Thiết bị đã được thực hiện.25.34%Hiệu quả chuyển đổi năng lượngTrải qua thử nghiệm mô phỏng ánh sáng mặt trời tiêu chuẩn,J-VĐường cong không có hiệu ứng trì trệ rõ rệt.

Ổn định lâu dài:Kiểm tra nồng độ cholestérol cao antihypercholestérolémique (65 ° C、50%độ ẩm tương đối),PSCcủaT92Tuổi thọ cao hơn1200giờ, cải thiện đáng kể sự ổn định hoạt động lâu dài trong môi trường nhiệt và độ ẩm.

Kiểm soát định hướng tinh thể chính xác:MeOBTBT-PoetMẫu tạo thành cấu trúc siêu phân tử định hướng cao bằng cách tự lắp ráp,Tạo ra perovskite được ưa thích cao(100)Tinh hướng。Sản phẩm GIWAXSThử nghiệm xác nhận định hướng tối ưu hóa này,DFTTính toán các mẫu hiển thị và(100)Năng lượng kết hợp tinh thể cao tới0,94 EV。

Thụ động hóa khiếm khuyết giao diện hiệu quả cao với mức năng lượng:MeOBTBT-PoetPhân tửThụ động chủ độngSnO2Khoảng trống oxy và perovskiteBb2+Khuyết điểmThời điểm lưỡng cực cao(1,89 D)Phối hợp liên kết mức năng lượng giao diện, căn chỉnh năng lượng chiết xuất điện tử từ0,24 eVGiảm0,03 EV。XPSKết quả xác nhận sự tương tác phối hợp mạnh mẽ,Sản phẩm PV-SCLCĐo lường cho thấy mật độ trạng thái bẫy từ1.02×10^16Giảm0,66 × 10 ^ 16 cm ^ -3。

Tối ưu hóa động lực tàu sân bay:Chiến lược này ức chế đáng kể sự kết hợp không bức xạ và đạt được tổn thất điện áp cực thấp. Hiệu suất chính bao gồm:

• Hiệu suất lượng tử ngoài điện phát quang(Bầu cử)Từ2.73%Nâng lên10.29%Mất điện áp không bức xạ từ93,1 mVGiảm58,8 mV

• Năng suất lượng tử quang học(PLQY)Từ9.09%Nâng lên27.06%

• Phân chia mức Quasi-Fermi(QFLS)Phân tích cho thấy mất năng lượng từ62 mVGiảm34 mV

• Chuỗi hàng đầuĐo lường xác nhận hiệu quả khai thác điện tử được cải thiện,TPV / TPCĐo lường xác nhận giảm tổng hợp tàu sân bay, tăng cường hiệu quả truyền tải

Các bước và quy trình thử nghiệm

Hình S1

1.Tổng hợp thành công các phân tử điều chỉnh giao diện chínhMeOBTBT-Poet

Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp thành công các dẫn xuất phosphonate amphiphilicMeOBTBT-Poet,Phân tử bao gồm benzothiophenizo cứng[3,2-b]Name(BTBT)Bộ xương và đuôi alkyl phosphonate linh hoạt có đặc tính tự lắp ráp tuyệt vời.

2.xác minhMeOBTBT-PoetTính năng tự lắp ráp và ổn định

Thu được bằng phương pháp bay hơi dung môiMeOBTBT-PoetMonocrystalline và phân tích dữ liệu tinh thể học.Phân tích trọng lượng nhiệt(TGA)Đánh giá ổn định nhiệt，Phương pháp nhiệt lượng quét khác biệt(DSC)Kiểm tra nhiệt độ phòng đặc tính lắp ráp siêu phân tử。Địa điểmXnhiễu xạ tia(XRD)Quang phổTheo dõi sự phát triển của cấu trúc tinh thể của màng trong quá trình ủ nhiệt, xác nhận rằng phân tử có thể tự lắp ráp ở nhiệt độ phòng để tạo thành một mẫu hình thái đơn tinh thể hai chiều có trật tự cao.

3.Xây dựng cơ sở lý thuyết về sự tương tác giữa các phân tử và bề mặt tinh thể perovskite

Sử dụngLý thuyết hàm mật độ(DFT)Tính toánĐánh giáMeOBTBT-PoetVớiFAPbI3Perovskite trên các bề mặt tinh thể khác nhau((100)、(110)、(111))Sự tương tác, khám phá ra nó và......(100)Mặt tinh thể có tương tác. thông quaDFTTính toán tiềm năng tĩnh điện(ESP)Đánh giá mô men lưỡng cực phân tử và chứng minh tiềm năng sửa đổi giao diện của nó.

4.Chuẩn bị pin mặt trời perovskite hiệu suất cao

Theo tiêu chuẩnn-i-pcấu trúc(FTO / SnO2 / MeOBTBT-POEt /Name/ spiro-OMeTAD / Au)Chuẩn bị thiết bị:

1. Chất nền vàSnO2 ETLChuẩn bị：Tự do thực hiệnKính sạch và UV-Sau khi xử lý ozone, lớp phủ xoaySnO2giải pháp,200 ° Củ60phút

2. MeOBTBT-PoetSửa đổi giao diện: nồng độ khác nhau trong hộp găng tayMeOBTBT-PoetGiải pháp ChlorobenzeneSnO2 ETLtrên

3. Tiền gửi khoáng sản Calcium Titanium: Chuẩn bịCs0,03 (FA0,97MA0,03) 0,97Pb (I0,97Br0,03) 3Giải pháp Foredrive(Dải gap~ 1,53 eV)Sau khi sơn xong......Kiểm soát độ ẩm(20-30% RH)Môi trường100 ° Củ60phút

4. HTLChuẩn bị với điện cực: Xoay theo thứ tựBábrvàSpiro-OMeTADgiải pháp,100 ° Củ10phút,Cuối cùng bốc hơi nhiệt lắng đọng80 nmdàyAuĐiện cực

Hình 1a

Mô tả và kết quả

Phân chia mức Quasi-Fermi(QFLS)Hiệu suất lượng tử photoluminous quantum efficiency(PLQY)Đặc tính&Kết quả

Sản phẩm PLQYlà một chỉ số về hành vi trong điều kiện mạch mở của pin mặt trời,PLNó rất quan trọng để đạt được điện áp quang cao hơn.QFLSPhân tích được sử dụng để nghiên cứu sâu hơn về tổng hợp điện tích vàV_OCCơ chế thua lỗ. Đo lườngSnO2Cường độ phát quang của mẫu bán chồng perovskite và theo công thứcQFLS = qV_OC, rad + k_BTừ TLn(PLQY)Tính toán phân chia mức chuẩn Fermi. KinhMeOBTBT-PoetTrang tríSnO2Mẫu Perovskite Semi-StackingSản phẩm PLQYTăng đáng kể, từ9.09%Tăng lên27.06%. Mất năng lượng tương ứngΔ(V_OC,rad - QFLS)Từ62 mVGiảm mạnh xuống34 mV。QFLSPhân tích xác nhận,Siêu thấpV_OCTổn thất chủ yếu là doSnO2Loại bỏ hiệu quả hợp chất không bức xạ của giao diện chôn perovskite。

Sơ đồ4DHiển thị Có KhôngMeOBTBT-PoetTrang tríSnO2Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (Sản phẩm PLQY）。

Sơ đồ4eCác nhóm kiểm soát vàSản phẩm BIMmạc đường ruột muqueuses digestives (QFLS) Kết quả phân tích.

BảngS5Tóm tắtV_OCPhân tích tổn thất.

Thông báo mới nhất về công nghệMáy lập bản đồ QFLSPhân tích tài liệu tiềm năng hạn mức cao nhất!

Sử dụng QFLS-MaperCho phép bạn lấyCạnh tranh1/5Lợi thế chi phíCó thể đạt được năng lực đo lường phân bố không gian vàQFLSCông nghệ hình ảnhThể hiện rõ ràng tình trạng phân bố không gian cấp chuẩn, khiến chất lượng vật liệu tốt xấu vừa xem hiểu ngay!

Theo dõi động lực của chúng tôi. Lấy nó đầu tiên.Thông tin kỹ thuật!

dòng điện-điện áp (J-V) Đường cong

Trong tiêu chuẩnAM 1,5 GDưới ánh sáng, sử dụngCông nghệ EnliTechcủaSS-XMô phỏng ánh sáng mặt trờiThực hiện đo lường, thực hiện quét chuyển tiếp và đảo ngược(1.25Đến- 0,2 V)Đánh giá hiệu ứng trì hoãn, thời gian trì hoãn100 msKhu vực thử nghiệm0,04 cm²。

Thay đổi giao diện bị chôn vùi(BIM)Hiệu năng pin mặt trời perovskite được nâng cao đáng kể,Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa25.34%,Điện áp mạch hở1,23 VMật độ hiện tại ngắn mạch,Mật độ hiện tại ngắn mạch25,10 mA cm^-2Yếu tố điền82.28%. Thiết bị kiểm soátPCEvì22.81%,Điện áp mạch hở1,197 VMật độ hiện tại ngắn mạch,Mật độ hiện tại ngắn mạch25,08 mA cm^-2Yếu tố điền75.99%。

Đối với Band Gap1.536 điện tửPerovskite,Mất điện áp Chỉ0,306 VĐạt tới lý thuyết.của Shockley-QueisserGiới hạn97.2%。J-VHiển thị đo lườngKhông có hiệu ứng trì hoãn rõ rệt。

Sơ đồ4a：-Hiển thị manipulator (Kiểm soát) Và thay đổi giao diện.Sản phẩm BIM) Thành phầnJ-VĐường cong.

Bảng1 Tóm tắt các đặc tính PV của nó.

Hệ Trung cấp (EQE) Quang phổ

Sử dụngSử dụng Enlitech QE-Rhệ thốngĐo photon của thiết bị ở các bước sóng khác nhau-Hiệu quả chuyển đổi điện tử, áp dụngTừ 210 HzChopper ánh sáng đơn sắc, phạm vi bước sóng300-850 nm. Mật độ dòng ngắn mạch vẫn không đổi khoảng ở các nồng độ khác nhau25,1 mA cm^-2, vớiEQEGiá trị tích phân quang phổ rất phù hợp(Lỗi<1%). thông quaEQETính toán vi phân đầu tiên của quang phổ.FAKhoảng cách dải quang điện dựa trên perovskite(E_gPV)Khoảng1.536 điện tử。

Sơ đồ4bCác nhóm kiểm soát vàSản phẩm BIMThành phần nhómEQEQuang phổ.

Sơ đồS26Hiển thị thêmEQEVi phân đầu tiên của quang phổ, được sử dụng để xác định khoảng cách dải quang điện.

Hiệu suất lượng tử bên ngoài electroluminesisEQEEL

Định lượng các tế bào năng lượng mặt trời perovskite dưới độ lệch chuyển tiếp nhưĐèn LEDTổn thất hợp chất không bức xạ khi vận hành để phân tíchV_OCCơ chế thua lỗ. Sử dụngSản phẩm EnliTech LQ-100Hệ thống đo hiệu suất lượng tử photoluminousTiến hành đo lường.Sản phẩm BIMComponent trong25,1 mA cm^-2Dưới dòng tiêmEQE_ELNâng cấp đáng kể lên10.29%Cao hơn nhiều.của nhóm kiểm soát2.73%. tương ứngMất mát hợp chất không bức xạ từ93,1 mVGiảm mạnh xuống58,8 mV, vớiJ-VThử nghiệmV_OCTăng kết quả phù hợp, chứng minh chiến lượcCó hiệu quả.SnO2Hợp chất không bức xạ của giao diện chôn perovskiteĐây là thực hiện siêu thấp.V_OCCơ chế then chốt để thua lỗ.

Sơ đồS27Hiển thịEQE_ELnhư một chức năng của mật độ hiện tại tiêm, được sử dụng trong các nhóm kiểm soát vàSản phẩm BIMThành phần nhóm。

-Hiển thị manipulator (ISOS-L-3）

Đánh giá sự ổn định hoạt động lâu dài của các tế bào năng lượng mặt trời perovskite dưới áp suất nhiệt và độ ẩm, đo lường tính khả thi thương mại của thiết bị. KinhSản phẩm BIMThiết bị xử lý trong65 ° Cthao tác1228Một giờ sau, vẫn giữ nguyên ban đầu.PCEcủa92%Trêntốt hơn so với nhóm đối chứng. Sự ổn định nâng cao này là do loại bỏ hiệu quả các khuyết tật nông và khả năng chống ẩm.

Sơ đồ4GNó cho thấy trongISOS-L-3Trong điều kiện kiểm soát vàSản phẩm BIMKết quả kiểm tra độ ổn định hoạt động lâu dài cho các thành phần nhóm.

Đặc điểm khác

• X-Hiển thị manipulator (XPS）：研究SnO₂Hệ Trung cấp (ETL) Môi trường hóa học và tương tác được chôn giữa các khoáng vật perovskite.Xác nhận đúngSnO₂Khoảng trống oxy trung bình và không phối hợp trong perovskiteChất lượng Pb²⁺Hiệu ứng thụ động tự phát của khiếm khuyết. (Biểu đồ3a、b、c）

•Hạt chia organic (Sản phẩm UPS）：Đánh giá cấu trúc dải năng lượng tại giao diện chọn lọc điện tử. KinhMeOBTBT-PoetSau khi tân trang,SnO₂Chức năng từ4,16 EVLên trên3,82 điện tửNăng lượng chiết xuất điện tử từ0,24 eVGiảm0,03 EV。(Biểu đồ3D、e）

•thời hạn: permanant-never Lift ban (VĨNH VIỄN) (Chuỗi hàng đầu）：Nghiên cứu động lực học truyền tải điện tích giao diện và hiệu quả chiết tách điện tích. Sửa đổi Perovskite Carrier Life Từ381,7 nsRút ngắn xuống183,9 nsXác nhận hiệu suất chiết xuất điện tử được nâng cao.(Biểu đồ3F）

•Quét góc rộngXHạt chia organic (Sản phẩm GIWAXS）：Phân tích định hướng tinh thể của màng perovskite. Perovskite sau khi sửa đổi(100)Bề mặt tinh thể tập trung cao theo hướng bên ngoài để đạt được sự tăng trưởng theo hướng ưu tiên(Biểu đồ2b、c）

•phẳng trung trực (DFT) Tính toán:Ước tính cường độ tương tác của các phân tử với các bề mặt tinh thể khác nhau của perovskite.MeOBTBT-PoetVới(100)Kết hợp mặt tinh thể(-0,94 eV)Phân tử lưỡng cực là1,89 D。(Biểu đồ2D、e）

• XHạt chia organic (XRD) Quang phổ:Theo dõi sự phát triển cấu trúc tinh thể màng mỏng phân tử và định hướng perovskite. Địa điểmXRDXác nhận Solid-Quá trình thay đổi pha rắn, sau khi sửa đổi(100)/(111)Tỷ lệ sức mạnh đỉnh từ5.87Tăng lên.8.65。(Biểu đồ1b）

•Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (SEM）：Quan sát các đặc điểm hình thái màng perovskite. Kích thước lớn của vùng perovskite sau khi sửa đổi là do quá trình kết tinh bị trì hoãn trên bề mặt kỵ nước.(Biểu đồS18）

•Cường độ ánh sáng-Mối quan hệ điện áp mạch mở:Xác định yếu tố lý tưởng và cơ chế tổng hợp của thiết bị.Sản phẩm BIMThiết bị Ideal Factor giảm1.12(Nhóm kiểm soát1.38) Hành vi tổng hợp điện tích gần với trạng thái lý tưởng hơn.(Biểu đồS29）

•Điện áp quang thoáng qua/Hệ Trung cấp (TPV / TPC）：Tiết lộ động lực tổng hợp và chuyển giao tàu sân bay.TPVThời gian suy giảm từ61,87 μsMở rộng đến133,34 μs，TPCThời gian suy giảm từ0,86 μsRút ngắn xuống0,73 μs。(Biểu đồS30）

•Điện áp xung-điện thoại bàn phím (Sản phẩm PV-SCLC）：Ước tính mật độ bẫy điện tử trong perovskite. Mật độ bẫy từ1.02×10¹⁶ Cm^-3Giảm0.66×10¹⁶Cm^-3Giảm đáng kể tình trạng bẫy.(Biểu đồS31）

•Việt-Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (TAS）：Ước tính định lượng phân bố mức năng lượng ở trạng thái bẫy và điện áp tích hợp. Điện áp tích hợp từ1,06 VNâng lên1,10 VMật độ bẫy cấp năng lượng sâu giảm xuống một cấp độ.(Biểu đồ4F、S32）

kết luận

Nghiên cứu đã phát triển thành côngChính sách điều khiển giao diện bị chôn vùi, sử dụng tự lắp rápDẫn xuất phosphate lưỡng tínhMeOBTBT-PoetởSnO₂/Giao diện perovskite xây dựng các mẫu điều khiển tinh thể, cải thiện đáng kể hiệu suất pin mặt trời perovskite.

•Hiệu suất thiết bị:Nhóm nghiên cứu thực hiện25.34%Hiệu quả chuyển đổi năng lượng và1,23 VMở mạch điện ápĐối với1.536 điện tửPerovskite với khe hở, mất điện áp chỉ0,306 V，Giới hạn lý thuyết97.2%。

•Điều khiển kết tinh chính xác và tối ưu hóa tàu sân bay:Mẫu siêu phân tử định hướng caoƯu tiên tạo perovskite(100)Định hướng ngoại hìnhThúc đẩy truyền tải điện tích thẳng đứng.MeOBTBT-Poetcủa1,89 Dliên kết mức năng lượng của giao diện phối hợp moment lưỡng cực,Điện tử khai thác năng lượng từ0,24 eVGiảm0,03 EVTuổi thọ tàu sân bay từ381,7 nsRút ngắn xuống183,9 ns。

•Thụ động khiếm khuyết giao diện hiệu quả cao: Chiến lượcThụ động chủ độngSnO₂Khoảng trống oxy và perovskiteChất lượng Pb²⁺Khuyết điểmức chế đáng kể sự kết hợp không bức xạ. Hiệu suất lượng tử ngoài phát quang điện từ2.73%Nâng lên10.29%Hiệu suất ánh sáng lượng tử từ9.09%Tăng lên.27.06%Mật độ bẫy từ1.02×10¹⁶Giảm0.66×10¹⁶Cm^-3。

•Sự ổn định lâu dài tuyệt vời:Trong báo chí nhiệt(65 ° C)và độ ẩm(50% RH)Trong điều kiện, thiết bịTừ T₉₂Tuổi thọ cao hơn1200giờNguyên nhân là do thiếu hụt hiệu quả và khả năng chịu ẩm tuyệt vời.

Tài liệu tham khảo từ Advanced Materials_DOI: 10.1002/adma.202418011

Bài viết này đã được viết lại cho Enlitech để chia sẻ khoa học và học thuật nếu có bất kỳ vi phạm nào xin vui lòng gửi thư cho chúng tôi