Bối cảnh nghiên cứu

Trong quá trình nâng cao hiệu quả, chất lượng "giao diện bị chôn vùi" đã trở thành một hạn chế kỹ thuật quan trọng. Nghiên cứu này đi sâu vào các nút cổ chai kỹ thuật của giao diện chôn vùi tế bào con perovskite, cam kết giải quyết các vấn đề cốt lõi ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển đổi quang điện của tế bào xếp chồng lên nhau và sự ổn định lâu dài.

•Cấu trúc khiếm khuyết và phản ứng hóa họcTại giao diện bị chôn vùi của các tế bào con perovskite, có những khiếm khuyết cấu trúc và phản ứng hóa học có hại dẫn đến sự kết hợp đáng kể các chất mang điện tích không bức xạ và các phản ứng hóa học có hại.

• PEDOT: PSSThách thức đặt ra bởi các lớp: Các lớp vận chuyển lỗ hiện đang được sử dụng rộng rãi(HTL) PEDOT: PSSTính axit và độ ẩm của nó có thể gây ra phản ứng oxy hóa bất lợi, làm xấu đi nghiêm trọng sự ổn định hoạt động của vật liệu perovskite và các thiết bị của nó ở nhiệt độ cao và ánh sáng.

•Khoảng trống Nami và khuyết tật kết tinh:bởi vìPEDOT: PSSSự không đồng nhất không gian có thể có của các lớp, cũng như sự phát triển nhanh chóng của thiếc-chì perovskite, dẫn đến việc tạo ra các khoảng trống hình thái nano mật độ cao tại các giao diện bị chôn vùi, khiếm khuyết kết tinh, căng thẳng bất lợi và kết tinh kém. Đặc biệt là trên bề mặt nhẵn, dễ dàng hình thành "đốm trắng" có thể nhìn thấy bằng mắt thường.

•Thách thức nghiên cứu giao diện bị chôn vùi:So với giao diện trên cùng, giao diện bị chôn vùi của lớp canxi-titan tương đối khó tiếp cận và ít được nghiên cứu trong thiết bị.

Nhóm nghiên cứu và trọng tâm nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện bởiTrần Vĩ và Lưu Tông Hào, Trung tâm Nghiên cứu quốc gia Quang điện Vũ Hán, Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung, và Đại học Oxford, AnhBài hát Henry J. SnaithGiáo sư lãnh đạo,Được công bố trên tạp chí hàng đầu.Truyền thông thiên nhiên》。 Chủ yếu thông qua thiết kế mộtThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (MSN-SH）Là giao diện chôn vùi của màng perovskiteSiêu cấu trúcĐể giải quyết các khiếm khuyết cấu trúc có hại và các vấn đề phản ứng hóa học tồn tại trong giao diện chôn giấu tế bào neutron của các thiết bị quang điện nối tiếp. Phương pháp này nhằm kiểm soát perovskite.Quá trình kết tinh, loại bỏ lỗ nano, khiếm khuyết thụ động, và ức chế thiếc chì perovskite phim Sn (II)Oxy hóa.Do đó, giảm đáng kể tổn thất tàu sân bay và cải thiện sự ổn định của thiết bị.

Kết quả nghiên cứu chính

Hình 4c

1. Đột phá công nghệ tối ưu hóa giao diệnMSN-SHLớp thông qua nhiều cơ chế để đạt được sự cải thiện giao diện: cải thiện đáng kể độ ẩm của tiền chất perovskite, loại bỏ hiệu quả khoảng trống nano và khiếm khuyết hình thành màng; Disable (adj): khuyết tật (72,2 MPaGiảm4,6 MPa) và nâng cao độ kết tinh; Sử dụng khiếm khuyết thụ động của nhóm thiol, ức chếSn (II)oxy hóa và ngăn chặn sự di chuyển ion từ0,29 eVNâng lên0,58 eV Đồng thời gắn kết giao diện từ0,26 MPaTăng cường0,67 MPa。

2. Hiệu suất đột phá Pin kết nối đơn chì-perovskite hẹp đạt được23.7%Hiệu quả tối ưu (trung bình)23.1%), điện áp mạch hở0,89 V; Đạt được pin xếp chồng Perovskite đầy đủ29.6%hiệu quả tối ưu,Chứng nhận hiệu quả29.5%,Hiệu quả trạng thái ổn định28.7%，Đạt hiệu suất pin xếp chồng lên nhau ở cả hai đầu.；11,3 cm²Module mini hiệu quả24.7%Thể hiện tiềm năng phóng đại xuất sắc.

3. Sự ổn định được cải thiện đáng kểNBGPin kết nối đơn.85 ° CMôi trường Nitơ tối lão hóa164Giữ nó sau một giờ.85%hiệu quả ban đầu; Đóng gói pin xếp chồng lên nhau.1Dưới ánh mặt trờiMPPTkiểm tra445Duy trì sau giờ90%hiệu quả; Thiết bị xếp chồng lên nhau.85 ° Clão hóa150Một giờ sau vẫn còn.82%初始性能。

4. Xác minh tính phổ quát kỹ thuậtMSN-SHChiến lược xử lý cũng áp dụng cho perovskite khe băng rộng dựa trên chì, cho phép1,77 EVHiệu suất pin20.6%Và ức chế hiệu quả hiện tượng phân tích các chất hoá học hỗn hợp.

Các bước và quy trình thử nghiệm

Hình 1a

Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (MSN-SH) Là lớp đổi chất lượng giao diện, kiểm tra hiệu ứng của nó thông qua việc chuẩn bị các thành phần mang tính hệ thống và so sánh hiệu suất.

Quy trình chuẩn bị pin Single Knot: Quy trình tiêu chuẩn bao gồmThông tin ITOmạc đường ruột muqueuses digestives (PEDOT: PSShoặcSản phẩm Me-4PACz) Đồ xoáy,Quan trọngMSN-SHPhân tán chất lỏng Spin Coating với ủ điều trịThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (EDAI2hoặcPDAI2), tọa độ&phương trình (C60、BCP) Với điện cực bạc.

Chuẩn bị pin xếp chồng lên nhau: Sử dụng chiến lược xây dựng theo lớp để hoàn thành việc chuẩn bị pin con khe băng rộng trước khi xây dựng thông qua công nghệ lắng đọng lớp nguyên tửSnOx / AuKết nối lại, cuối cùng lắng đọng theo thứ tự các lớp chức năng của pin con khe hẹp, hình thành cấu trúc xếp chồng hoàn chỉnh hai đầu.

Xác minh mô-đun: Quá trình khắc laser được thực hiện trên bề mặt diện tích lớn, tạo thành một số tế bào con nối tiếp và hoàn thành kết nối và đóng gói, xác minh tiềm năng công nghiệp hóa của công nghệ.

So sánh phương pháp kiểm tra: Giới thiệu so sánh hệ thống và không giới thiệuMSN-SHSự khác biệt giữa các thành phần của lớp trong hiệu quả chuyển đổi quang điện, tính ổn định và đặc tính giao diện, đánh giá định lượng hiệu ứng thay đổi chất lượng.

Phương pháp mô tả và kết quả

Phân chia mức Quasi-Fermi(QFLS)Hiệu suất lượng tử Photolumination Quantum Efficiency(PLQY)

Đánh giá tiềm năng điện áp mạch mở màng perovskite so với mức độ tổn thất hợp chất không bức xạ, dựa trênSản phẩm PLQYTính toán kết quảQFLSGiá trị.

MSN-SHXử lý giảm hiệu quảPEDOT: PSSGiao diện lớp bị mất và cải thiện đáng kể tính chất quang điện của màng mỏng.PEDOT: PSS / MSN-SH /Perovskite ngăn xếpSản phẩm PLQYTừ nhóm kiểm soát0.885%Nâng cấp đáng kể lên5.586%Tương ứng.QFLSGiá trị từ0,856 điện tửTăng lên0,903 eVThể hiện ra hiệu quả nâng cao tiềm lực điện áp xuất sắc.

Hình 3fBằng cách so sánh điện áp thực tế và tiềm năng điện áp lý thuyết,MSN-SHHiệu quả của cải tiến giao diện trong việc nâng điện áp mạch mở của các tế bào năng lượng mặt trời perovskite

Hình 30a, 30bHiển thị các cấu trúc ngăn xếp khác nhauSản phẩm PLQYVớiQFLSSo sánh dữ liệu.MSN-SHMẫu tốt hơn đáng kể so với nhóm kiểm soát ở cả hai chỉ số vàMsnMẫu, xác nhận hiệu quả đáng kể của nó trong việc ức chế hợp chất không bức xạ và nâng cao tiềm năng điện áp mạch hở.

Công nghệ mới ra mắtMáy lập bản đồ QFLSDự đoán giới hạn hiệu suất vật liệu!

Sử dụng QFLS-MaperVới lợi ích kinh tế.1/5Chi phí đầu tưCó thể thực hiện được.Bản đồchức năngvà tạo raQFLSHình ảnhTrực quan hiện ra toàn cảnh phân bố cấp năng lượng chuẩn, chất lượng vật liệu ưu khuyết lập tức hiện ra!

Theo dõi chúng tôi để có thông tin kỹ thuật trực tiếp!

dòng điện-điện áp(J-V)Kiểm tra tính năng và hiệu quả chuyển đổi quang điện

Đánh giá hiệu suất điện cơ bản của thiết bị, hiệu quả chuyển đổi quang điện và hiện tượng trì hoãn.

MSN-SHXử lý để tăng hiệu suất đáng kể trên tất cả các loại pin:

Khoảng cách băng hẹp(NBG)Pin kết nối đơn chì-perovskite:，MSN-SHSửa đổi thiết bị trung bìnhPCEDa23.10%So với nhóm đối chứng.19.64%Tăng lên trên diện rộng. Thực hiện thiết bị tốt nhất23.74%PCE (VOC 0,887 V, JSC 32,77 mA cm)^-2,FF 81,67%)Hiện tượng trì trệ gần như có thể bỏ qua.

Khoảng cách băng thông rộng(WBG)Perovskite đơn liên kết pin:Thể hiện tính phổ biến tốt,1,77 EVThiết bịPCELên tới20.60%(VOC 1,330 V, JSC 18,29 mA cm)^-2,FF 84,69%)Hiệu quả chứng nhận của bên thứ ba là20.27%。

Thiết bị xếp chồng Perovskite đầy đủ:Được hưởng lợi từ tối ưu hóa đồng bộ pin đôi, trung bìnhPCEDa29.16%Thiết bị tốt nhất.29.63%PCE (VOC 2,176 V, JSC 16,33 mA cm)^-2, FF 83,38%)KinhViệtChứng nhận của bên thứ baPCEvì29.50%,Hiệu quả trạng thái ổn định28.7%。

Hình 3c, Hình 4cvàHình 37Giới thiệu các thiết bị đơn kết và lắp đặtJ-VĐặc điểm, tất cả đều cho thấy độ trễ cực thấp và hiệu suất quang điện tuyệt vời.

Hiệu suất lượng tử bên ngoài(EQE)kiểm tra

Đánh giá hiệu quả chuyển đổi quang điện của thiết bị ở các bước sóng khác nhau và tính toán mật độ dòng ngắn mạch tích hợp. Sử dụngSử dụng Enlitech QE-RHệ thống đo lường hiệu quả lượng tửThử nghiệm được thực hiện trong môi trường không khí xung quanh, khi các thiết bị xếp chồng được đo tương ứng với850 nmVới460 nmđộ sáng caoĐèn LEDđúngWBGVớiNBGPin con tiến hành thiên vị.

MSN-SHXử lý hiệu quả nâng cao hiệu suất lượng tử của linh kiện.NBGPin kết nối đơn chì PerovskiteEQEPhổ được cải thiện trên toàn bộ dải bước sóng, đặc biệt là các vùng bước sóng dài phản ứng tăng cường, tích hợpCông ty JSCTừ nhóm kiểm soát31,42 mA cm^-2Nâng lên32,35 mA cm^-2。

Thiết bị xếp chồng Perovskite đầy đủ thể hiện các đặc tính phù hợp phổ tốt,WBGTích hợp pin phụCông ty JSCvì16,26 mA cm^-2，NBGPin phụ là16,02 mA cm^-2Mật độ điện lưu của hai dòng điện phù hợp cao độ và bổ sung giữa các phản ứng quang phổ, đặt nền tảng cho việc thực hiện kết cấu tầng lớp hiệu quả cao.

Hình 3dVớiHình 4dGiới thiệu các thiết bị đơn kết và lắp đặtEQESo sánh quang phổ, trình bày rõ ràngMSN-SHHiệu quả đáng kể của việc xử lý trong việc nâng cao hiệu quả thu thập ánh sáng so với chiết xuất điện tích.

Hiệu suất lượng tử bên ngoài electroluminesis(EQEEL)

Định lượng mức độ tổn thất tổng hợp không bức xạ của thiết bị, vớiVOCHiệu suất liên quan chặt chẽ. Sử dụngEnlitech ELCT-3010 (REPS)hệ thốngCác phép đo được thực hiện, cài đặt mật độ dòng phun gần với mật độ dòng ngắn mạch dưới ánh sáng mặt trời.

MSN-SHXử lý cặp thiết bịEQEELTạo ra hiệu quả cải thiện đáng kể. Tiếp cậnCông ty JSCTrong điều kiện tiêm hiện tại, thiết bịEQEELGiá trị từ nhóm kiểm soát0.20%Tăng mạnh lên.2.61%Tăng phúc đạt13Nhân đôi. Sự gia tăng đáng kể này xác nhận trực tiếpMSN-SHỨc chế hiệu quả quá trình tổng hợp không bức xạ trong thiết bị.

Giảm tổn thất hợp chất không bức xạ tương ứng Khoảng70 mVVới thiết bịVOCMức độ cải thiện thực tế rất phù hợp, đã được kiểm chứng.EQEELĐộ tin cậy của kết quả kiểm tra vàMSN-SHTính hiệu quả của chiến lược sửa đổi chất lượng giao diện.

Hình 3eHiển thị nhóm kiểm soát vớiMSN-SHThiết bịEQEEL-So sánh mật độ hiện tại,MSN-SHCác thiết bị thể hiện lợi thế rõ ràng trong toàn bộ phạm vi hiện tại, đặc biệt là trong khu vực mật độ dòng điện thấp.

Mở mạch điện áp(VOC)Phân tích tổn thất

Định lượng dựa trên lý thuyết cân bằng chi tiếtVOCMất các thành phần, bao gồm cả không mong muốnEQEMất mát, mất mát hợp chất bức xạ khoảng cách phụ và mất mát hợp chất không bức xạ, xác định chính xác nguyên nhân tại sao điện áp của thiết bị lệch khỏi giới hạn lý thuyết. Phân tích áp dụng đo lường thực tếVOC、EQEELCác tham số then chốt như đầu vào tính toán.

MSN-SHGiảm đáng kể tổng số thiết bịVOCMất mát. Một trong những cải tiến quan trọng nhất đến từ việc giảm đáng kể tổn thất tổng hợp không bức xạ, từ nhóm đối chứng.160 mVGiảmMSN-SHMẫu94 mVGiảm tốc độ.41%Kết quả này thực tế với thiết bịVOCĐộ cao nâng phù hợp, xác nhận.MSN-SHVai trò quan trọng trong việc ức chế sự kết hợp không bức xạ.

Hình 29aSo sánh chi tiết nhóm kiểm soát vớiMSN-SH NBGCác loại pinVOCMất các thành phần, hiển thị rõ ràngMSN-SHLợi thế đáng kể của thiết bị trong việc giảm tổn thất composite không bức xạ.

Dòng quang thoáng qua(TPC)Với điện áp quang thoáng qua(TPV)

Nghiên cứu chiết xuất điện tích và động lực học tổng hợp trong thiết bị, đánh giá ảnh hưởng của sửa đổi giao diện đối với đường truyền điện tích.

MSN-SHXử lý đồng bộ cải thiện quá trình chiết điện tích và ức chế kết hợp. Thiết bị hiện tại suy giảm cuộc sống từ nhóm kiểm soát3,86 µsRút ngắn xuống2,37 µsChứng minh tốc độ chiết xuất điện tích tăng nhanh; Cuộc sống suy giảm điện áp Từ149 µsMở rộng đến626 µsPhản ánh sự kết hợp điện tích bị ức chế hiệu quả.

Hình 26a, 26bHiển thị riêng biệtTPCVớiTPVSo sánh đường cong suy giảm,MSN-SHThiết bị trongTPCSuy giảm nhanh hơn trong thử nghiệm.TPVSự suy giảm chậm hơn trong thử nghiệm, xác minh rõ ràng hiệu quả kép của việc sửa đổi giao diện bị chôn vùi trong việc thúc đẩy sự kết hợp giữa khai thác điện tích và giao diện ức chế.

Ổn định hoạt động(MPPT)kiểm tra

Đánh giá sự ổn định hoạt động lâu dài của thiết bị dưới độ lệch của điểm công suất tối đa của ánh sáng liên tục.

MSN-SHXử lý nâng cao đáng kể sự ổn định lâu dài của thiết bị. Chưa đóng góiNBGHoạt động liên tục của pin nút đơn450giờGiữ lại93%Hiệu quả ban đầu, tốt hơn nhiều so với nhóm kiểm soát370Một giờ sau.68%. Đóng gói thiết bị xếp chồng perovskite đầy đủ trong430giờSau khi hoạt động liên tụcDuy trì90%Hiệu quả trênVượt xa nhóm đối chiếu.325Một giờ sau.75%Diễn xuất.

Hình 3h, Hình 4fGiới thiệu các thiết bị đơn kết và lắp đặtMPPTđường cong ổn định,MSN-SHThiết bị thể hiện sự ổn định hoạt động lâu dài ở cả hai cấu hình, khẳng định tiềm năng tuyệt vời của nó trong các ứng dụng thực tế.

Đặc điểm khác

Kiểm tra độ ổn định lưu trữ chất lỏng phân tán Đánh giá sự ổn định của chất lỏng phân tán hạt nano trong quá trình lưu trữ, ảnh hưởng đến cửa sổ gia công chuẩn bị thiết bị.MSN-SHPhân tán trong48Không có hiện tượng sụt lún sau giờ, tốt hơn đáng kểAl2O3của1Lượng mưa hàng giờ。（Hình 8）

Đặc tính đặc trưng của hạt nano Phân tích toàn diệnMsnVớiMSN-SHKích thước vật lý, cấu trúc lỗ hổng và tính thành công của công năng hóa.MSN-SHKích thước hạt giảm xuống100 nm，FTIRVớiRamanQuang phổ trong2569Với2563 cm^-1Xác nhận kết nối thành công。（Hình 10a）

Kiểm tra độ ẩm và tạo hạt nhân 研究MSN-SHẢnh hưởng đến hành vi làm ướt dung dịch tiền chất perovskite.Góc tiếp xúc từ22.6°Giảm12.7°cải thiện đáng kể độ ẩm và thúc đẩy sự hình thành hạt nhân không đồng nhất。（Hình 11）

Hình dạng phimSEMQuan sát bề mặt màng mỏng perovskite và hình dạng giao diện chôn giấu, phán đoán sự tồn tại của lỗ hổng nano.MSN-SHBộ phim gốc xuất hiện một khu vực kết tinh dày đặc và không có lỗ nano, tương phản với các lỗ hình vòm trong nhóm kiểm soát。（Hình 1c）

Độ tinh thểSản phẩm GIWAXSphân tích Đánh giá độ kết tinh của màng perovskite gần giao diện chôn vùi.MSN-SHBộ phim cơ bản cho thấy cường độ nhiễu xạ mạnh hơn ở mỗi góc vào, kết tinh cao hơn và mức độ pha vô định hình thấp hơn。（Hình 1d）

Căng thẳng còn lạiGIXRDkiểm tra Đánh giá tình trạng căng thẳng còn sót lại trong màng perovskite.MSN-SHHiệu quả kéo căng căng thẳng từ72,2 MPaGiảm4,6 MPa,Giải phóng lớn căng thẳng phim。（Hình 1h）

Kiểm tra độ bền cơ học xác minhMSN-SHHiệu ứng tăng cường độ bền cơ học của giao diện chôn vùi.Độ bền kéo quan trọng Từ0,26 MPaNâng lên0,67 MPahơn là đứt gãy.25Tăng lên.83 kJ m^-3。（Hình 1g）

Phân tích toàn diện về sự ổn định giao diện Thông quaDFTTính toán, nhiệt độ phụ thuộc vào tỉ lệ điện dẫn,UV-VisvàXPSĐi sâu nghiên cứu cơ chế ổn định.Di chuyển ion hoạt hóa năng lượng từ0,29 eVNâng lên0,58 eV，Sn (IV)Nội dung giảm đáng kể, ức chế hiệu quả sự suy thoái。（Hình 2b）

Thời gian phân biệt halogen phụ thuộcPLkiểm tra Đánh giá hiện tượng phân tách pha của hỗn hợp halogen perovskite dưới ánh sáng kéo dài.MSN-SHSửa đổi phim trong quá trình phơi sángPLHình dạng được duy trì tốt, có hiệu quả ức chế phân biệt halogen。（Hình 38c）

kết luận

Nghiên cứu đã phát triển thành côngThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (MSN-SH）Là lớp sửa đổi cấu trúc siêu cấu trúc của giao diện chôn cất tế bào perovskite, nhận ra sự gia tăng đáng kể về hiệu quả và độ ổn định của tế bào năng lượng mặt trời xếp chồng perovskite.

Đột phá công nghệ cốt lõi:

Tối ưu hóa chất lượng giao diệnPhương diện,MSN-SHĐiều chỉnh hiệu quả quá trình kết tinh perovskite, loại bỏ khoảng trống nano và thụ động các khuyết tật trong khi ức chếSn (II)Oxy hóa, giảm đáng kể tổn thất chất tải. Sức mạnh cơ học từ0,26 MPaNâng lên0,67 MPaỨng suất kéo còn lại từ72,2 MPaGiảm4,6 MPaDi chuyển ion hoạt hóa năng lượng từ0,29 eVNâng lên0,58 eV。

Hiệu suất thiết bịMặt khác, hiệu quả của pin kết nối đơn chì perovskite đạt được23.7%,Pin xếp chồng Perovskite hoàn chỉnh đạt được29.6%Chứng nhận (Certification)29.5%Trạng thái ổn định.28.7%() Đứng hàng đầu về tính năng pin xếp chồng lên nhau ở hai đầu.11,3 cm²Module mini hiệu quả24.7%Thể hiện tiềm năng công nghiệp hóa xuất sắc.

Ổn định lâu dàiVề mặt này, pin được đóng gói.1Mặt trời chiếu sángMPPTkiểm tra445giờDuy trì sau90%Hiệu quả ban đầu trên,85 ° CNóng lão hóa150giờSau đó vẫn giữ.82%Tính năng, vượt xa biểu hiện của nhóm đối chiếu.

Phổ biến công nghệĐã được xác minh,MSN-SHChiến lược cũng áp dụng cho perovskite khe hở rộng dựa trên chì,1,77 EVHiệu suất pin20.6%Và ức chế hiệu quả hiện tượng phân tích nước sốt hỗn hợp.

Tài liệu tham khảo từ nature communications_DOI: 10.1038/s41467-025-59891-z

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