Thành tựu nghiên cứu và quan điểm

bởiĐội ngũ giáo sư Ngụy Triển Họa của Đại học Hoa KiềuLãnh đạo, xuất bản trên tạp chí hàng đầuTruyền thông thiên nhiên》Chủ đề của bài viết là《Màng polymer siêu mỏng để cải thiện khai thác lỗ và chặn ion trong pin mặt trời perovskite》。

hiệu quả hiện nay.n-i-pLoại pin mặt trời perovskiteGiới hạn tuổi thọ hoạt động dài hạnThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (HTL) Kết nối không đồng nhấtPhân tán ionĐiều này sẽ dẫn đếnHTLĐộ dẫn điện giảm và tổn thất thành phần perovskite. Để giải quyết thách thức quan trọng này, đội ngũ giáo sư Wei ZhanshanMột siêu mỏng đã được phát triển và nghiên cứu (khoảng7của Nami)pHạt chia organic (D18）。

•D18Lớp trung gian siêu mỏng ức chế hiệu quả sự khuếch tán của các ion lithium, methylammonium, formamidine và iốt giữa các lớp。

•D18Cải thiện perovskite/ HTLSự sắp xếp các dải năng lượng của giao diện, thúc đẩy khai thác lỗ điện hiệu quả hơn。

•Các tế bào năng lượng mặt trời perovskite dựa trên thiết kế sáng tạo này đã đạt đượcGundam26.39%(Được chứng nhận là26.17%) Hiệu quả chuyển đổi năng lượng(Thiết bị diện tích nhỏ) và25.02%Hiệu quả (thiết bị diện tích lớn)。

•Thiết bị hoạt động liên tục theo dõi điểm công suất tối đa 1100 Một giờ sau, vẫnDuy trì hiệu quả ban đầu95.4%Thể hiện sự ổn định đáng kể.

•quaQFLSB5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)Xác nhận.VOCSự gia tăng không chỉ là do giảm tổng hợp không bức xạ, mà còn là doD18Tối ưu hóa các tầng giữa đối với việc sắp xếp các vành đai năng lượng.

Nhóm nghiên cứu

Nhóm nghiên cứu chủ yếu đến từĐại học OCBC，Ngụy Triển HọavàTạ Lập CườngGiáo sư là một phần của nghiên cứu này.Tác giảVà với Đại học Thành phố Hồng Kông.Alex. K.-Y. JenCác nhà nghiên cứu như giáo sư cùng hợp tác.

Bối cảnh nghiên cứu

trong lĩnh vực pin mặt trời perovskite, đặc biệt là trong hiệu suất caon-i-pVề mặt cấu trúc, phải đối mặt với một số khó khăn và thách thức đáng kể:

•Tuổi thọ hoạt động hạn chế: Hiệu quả caon-i-pMặc dù pin mặt trời perovskite có hiệu quả, nhưngTuổi thọ hoạt động tương đối hạn chếKhông bằng.p-i-nPin ổn định.

•điện thoại bàn phím (HTL) Sự phân tán ion giữaDẫn đếnHTLGiảm độ dẫn điện và mất thành phần perovskite.

•Thông dụngHTLvật liệu Sản phẩm Spiro-OMeTADCấu trúc mịn và dày hơnDễ xảy ra.Mất dopingvàKhông đủ khả năng chặn ion。

•Để cải thiện sự ổn định,Thay thếSản phẩm Spiro-OMeTADNó có thể dẫn đến sự suy giảm đáng kể về hiệu quả.

•Vật liệu perovskite cóĐặc tính liên kết ion, mạng tinh thể mềm hơn, dễ dàng di chuyển ionVà ăn mòn.HTLVà các điện cực.

•Vật liệu giao diện hiện có trongKhó có thể cân bằng giữa ức chế sự khuếch tán ion và duy trì khai thác lỗ điện hiệu quả cao。

Giải pháp

Đối với những đề cập trước đón-i-pNhững khó khăn và thách thức mà pin mặt trời perovskite gặp phải.Chèn siêu mỏngpHạt chia organic (D18）Giải pháp cốt lõi. Chủ yếu tập trung vào một số mặt sau:

•Xây dựng lớp chặn ion:利用D18Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (HTLChủ yếu là......Sản phẩm Spiro-OMeTAD(Hình thành mộtSiêu mỏng (approx.7Nami) và màng dày đặc。D18cấu trúc phân tử đặc biệt của polymer, đặc biệt làDTBT Fused-RingĐơn vị được hình thành mạnh mẽπ–πNgăn xếpNó giúp hình thành một bộ phim chặt chẽ hơn.Ngăn chặn hiệu quả các ion trong perovskite (như lithium, methylammonium, formamidine và ion iốt)HTLSự khuếch tán. Hiệu ứng chặn này có thể bảo vệHTLBảo vệ khỏi sự ăn mòn ion, đồng thời cũng có thể làm giảm sự mất mát của các thành phần perovskite, do đó cải thiện sự ổn định của thiết bị.

•Tối ưu hóa sắp xếp mức năng lượng giao diện:Ngoài chức năng chặn ion,D18Tầng giữa cũng được thiết kế để có thểCải thiện perovskite vàHTLSự sắp xếp mức năng lượng giữaNghiên cứu cho thấy,D18mức năng lượng với perovskite liền kề vàSản phẩm Spiro-OMeTADCó tính tương xứng tốt hơn. Bằng cách giới thiệuD18Được rồi.Giảm tổn thất năng lượng tại giao diện và thúc đẩy khai thác lỗ điện hiệu quả hơn。

•Với quy trình sơn xoay nhiệt:Để đảm bảoD18Lớp giữaĐộ dày đặc và độ phủ đồng đềuNhóm nghiên cứu áp dụngQuá trình sơn nóngLời bài hát: Come To DepositD18Phim. Phương pháp này có thể hình thành tiếp xúc giao diện tốt hơn, nâng cao hiệu quả chặn ion và hiệu quả truyền tải lỗ điện.

•Kiểm traD18：Nhóm nghiên cứu đã chứng minh bằng thí nghiệm,D18ởKhả năng ức chế khuếch tán ion tốt hơn đáng kể so với các polyme thường được sử dụngHTLVật liệu nhưP3HTvàPTAAĐiều này được quy choD18Tương tác giữa các phân tử mạnh hơn cho phép chúng tạo thành một màng dày hơn.

Quá trình thử nghiệm và các bước

•Chuẩn bị vật liệu:

○Nhóm nghiên cứuTổng hợpLà vật liệu quan trọng của lớp trung gianD18Trang chủ

○Chuẩn bịvật liệu cần thiết khác trong các tế bào năng lượng mặt trời perovskite, chẳng hạn như muối thiếc (được sử dụng đểSnO2Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (PbI2) và các muối hữu cơ khác nhau (được sử dụng để hình thành perovskite).

○Công thứcNồng độ khác nhau.D18Giải pháp, cho các khoản tiền gửi phim tiếp theo.

•Chuẩn bị thiết bị:

1. Đầu tiên trongTự do thực hiệnLời bài hát: Glass SubstrateSnO2Lớp vận chuyển điện tử

2. Thông quaPhương pháp giải pháp hai bướcởSnO2Trên lớpChuẩn bị phim perovskiteVà sử dụng.OAIXử lý thụ động bề mặt。

3. Để giới thiệuD18Ở cấp độ trung gian, các nhà nghiên cứu sẽNóng bỏngD18Xoay dung dịch được phủ trên màng perovskite sau khi thụ độngHọ tìm thấySử dụng lớp phủ xoay nhiệt và nồng độ thích hợpD18Giải pháp để hình thành dày đặc và đồng nhấtD18Tầng giữa rất quan trọngHọ quan sát thấy rằng trọng lượng phân tử khác nhauD18Có sự khác biệt về tính hòa tan và tính hình thành màng, và cuối cùng đã được chọn.D18-M(Trọng lượng phân tử trung bình) Là vật liệu giao diện chính. Họ cũng phát hiện ra rằng sẽD18Sự đoàn tụ dễ dàng xảy ra khi spin được phủ lên màng perovskite lạnh.

4. ởD18Trên lớpSơn xoắnSản phẩm Spiro-OMeTADLớp vận chuyển lỗ điện。

5. Hấp mạ vàng hoặc bạcđiện cực, hoàn thành việc chuẩn bị các thiết bị pin mặt trời.

•Nghiên cứu hiệu ứng chặn ion:

○ Để xác minhD18Với khả năng chặn ion, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một thí nghiệm để quan sát Chất lượng PbBr2VớiFAIPhản ứng。

○Đầu tiên là trên nền kính.Trang chủChất lượng PbBr2phim。

○Sau đó, trong phầnChất lượng PbBr2Trên phimXoay với nồng độ khác nhau.D18、P3HTvàPTAAphim polymerTương phản.

○Sau đó, trong những lớp phủ này có các vật liệu khác nhau.Chất lượng PbBr2Trên phimSơn xoắnFAIGiải phápQuan sát xem màu sắc có thay đổi hay không. Quan sát lớp phủD18củaChất lượng PbBr2Phim trongFAISau khi sơn xoắnKhông có sự thay đổi màu sắc rõ ràngChứng minhD18Hiệu quả ngăn chặn ion khuếch tán. Trong khi đó, cần có sự tập trung cao hơn.P3HTvàPTAAMới có thể đạt tới hiệu quả ngăn cản tương tự.

○Các nhà nghiên cứu cũng sử dụngXnhiễu tia(XRD)Các kỹ thuật phân tích những thay đổi cấu trúc tinh thể của các màng này, xác nhận thêmD18Có thể ngăn chặn ở một nồng độ nhất địnhChất lượng PbBr2vàFAIPhản ứng giữa các Họ cũng nghiên cứu áp suất nhiệtD18Khả năng ngăn chặn các ion khác nhau.

•D18Phân tích đặc tính phim:

○Sử dụngKính hiển vi điện tử quét(SEM)Quan sátD18Trong trường hợp bao phủ bề mặt perovskite, xác nhận rằng có thể thu được thông qua lớp phủ xoáy nhiệtThống nhất và dày đặcD18phim。

○Sử dụngKính hiển vi điện tử thâm nhập độ phân giải cao(HRTEM)Đo lườngD18Độ dày của lớp giữa là khoảng7ViệtVà quan sát thấy rằngD18Tiếp xúc chặt chẽ với các hạt perovskite và ranh giới hạt. Họ cũng xác nhận rằng sauSpiroTrong quá trình lắng đọng, siêu mỏngD18Tầng trung gian sẽ không bị phá hủy.

○Thông qua Kính hiển vi tiềm năng bề mặt(KPFM) Phân tích sự phân bố tiềm năng bề mặt perovskite và tìm thấyD18Có thể hình thành với bề mặt perovskiteLiên hệ đồng nhất。

Kết quả nghiên cứu và đặc tính

Phân chia mức Quasi-Fermi(Phân chia cấp Quasi-Fermi, QFLS)Với điện áp mạch hở(Voc)

Đánh giá tổn thất hợp chất không bức xạ và hiểuD18Ảnh hưởng của lớp giữa trên điện áp mạch hở.

hình ảnh3DCác nhóm điều khiển vàD18Đo lường thiết bị nhómVocvàQFLSHệ Trung cấp (Kiểm soát) vàD18điện thoại bàn phím (VOC), tọa độ&phương trình (Sản phẩm PLQY), tọa độ&phương trình (QFLS）。D18Nhóm thiết bịQFLSTăng giá trị so với nhóm điều khiển20 mVĐiều này liên quan đếnĐo lườngVOCNâng cao33 mV Phù hợp. Điều này cho thấyVOCSự gia tăng không chỉ là do giảm tổn thất hợp chất không bức xạ mà còn liên quan đếnCải thiện sắp xếp mức năng lượng giao diệnCó liên quan.

EnlitechSắp ra mắt thương hiệu mớiQFLSDụng cụ đo lường!

Sử dụng QFLS-MaperCó thể trong thời gian ngắn3Độ hòatan nguyênthủy(QFLS(Hình ảnh và không2Xây dựng lại trong phútgiả J-VĐường cong cho phép bạn dễ dàng nắm bắt giới hạn hiệu quả lý thuyết của vật liệu và tình trạng mất mát hợp chất không bức xạ. Không chỉ hỗ trợ đo lườngSản phẩm iVOC、PLHình ảnh vàSản phẩm PLQYCác thông số đa phương thức, được trình bày trực quan cao, giúp các nhà nghiên cứu phân tích chính xác và tối ưu hóa hiệu suất của pin mặt trời và các mô-đun quang điện tiên tiến khác. Theo dõi chúng tôi để biết thêm thông tin mới nhất!

2. Mật độ hiện tại-điện áp(J-V)Đường cong

Nhóm nghiên cứu đã sử dụngCông nghệ EnliTechcủaAAAMô phỏng ánh sáng mặt trờiSS-XTiến hành J-VĐo lường các đường cong,Đánh giá các thông số hiệu suất cốt lõi của pin mặt trời

hình ảnh4aSo sánh các nhóm kiểm soát vàD18nhóm nhỏ perovskite pin mặt trờiJ-VCác đường cong, bao gồm quét ngược và quét chuyển tiếp. Giới thiệuD18Sau lớp giữa, tốt nhấtD18Nhóm thiết bị diện tích nhỏ đã được thực hiện. 26.39%(Quét ngược) và26.12%(quét chuyển tiếp) hiệu quả chuyển đổi năng lượng, các yếu tố điền từ80.37%Nâng lên83.92%Điện áp mở từ1.152 VNâng lên1.185 V，Do đó nâng cao hiệu quả tổng thể.

•hình ảnh4cKhu vực rộng lớn được hiển thị(1 cm2)Perovskite pin mặt trờiJ-VCác đường cong, cũng so sánh các nhóm điều khiển vàD18Nhóm. Ngay cả trong một khu vực rộng lớn, sử dụngD18Linh kiện ở tầng giữa vẫn thể hiện hiệu suất tương đối cao.

3. Hiệu suất lượng tử bên ngoài(Hiệu quả lượng tử bên ngoài, EQE)

Nhóm nghiên cứu sử dụngCông nghệ EnliTechcủaEQEhệ thốngSản phẩm QE-R，Đo phản ứng của pin mặt trời dưới ánh sáng bước sóng khác nhau và tích hợp để tính toán mật độ dòng ngắn mạch(Cơ quan)。

hình ảnhS 23：So sánh các nhóm kiểm soátD18Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (EQE) Quang phổ. Trong toàn bộ phạm vi hấp thụ ánh sáng nhìn thấy,D18Nhóm thiết bịEQESo với nhóm điều khiển có phần nâng cao. điểm tích lũyEQEMật độ dòng điện ngắn mạch thu được từ quang phổ vàJ-VCác giá trị đo được đường cong phù hợp.

Kết quả nghiên cứu:D18Mật độ dòng ngắn mạch tích hợp của các thiết bị nhóm là 25,86 mA cm?25 , vớiJ-VKết quả của các đường cong là phù hợp.

Đặc điểm khác

•Xnhiễu tia(XRD)：

Phân tích cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết pha của màng perovskite và đánh giá sự suy thoái của thiết bị dưới ứng suất nhiệt. Cũng được sử dụng để đánh giáD18Hiệu ứng ngăn chặn ion. Xác nhận kết quảD18Lớp giữa có thể ức chế hiệu quả sự phân hủy perovskite dưới ứng suất nhiệt,Ở một nồng độ nhất định có thểChặnChất lượng PbBr2vàFAIPhản ứng trao đổi ion giữa。(Biểu đồ1cĐồ thị2bĐồ thịS 10）

•Thời gian bay Khối phổ ion thứ cấp(ToF-SIMS)：

Phân tích sự phân bố của các yếu tố trong lớp thiết bị và nghiên cứu hành vi di chuyển của các ion trong quá trình lão hóa. Kết quả cho thấy dưới áp lực nhiệt,Perovskite trong thiết bị nhóm điều khiểnI-vàFA+Ion rõ ràngSản phẩm Spiro-OMeTADLớp khuếch tánvàD18Sự di chuyển của các ion trong nhóm thiết bị bị ức chế đáng kể。(Biểu đồ2e、2FĐồ thịS 13）

•phát quang(PL)Và thời gian phân biệt ánh sáng.（TRPL）：

Nghiên cứu động lực học tàu sân bay của perovskite và hiệu quả truyền tải điện tích giao diện. Giới thiệuD18Sau tầng giữa,Hợp chất exciton của perovskite bị ức chế hiệu quả và hiệu quả tách điện tích và chiết xuất được nâng cao。(Biểu đồ3aĐồ thị3bĐồ thịS 19）

•Kính hiển vi lực thăm dò Kelvin(KPFM)：

Đo lườngHTLtiềm năng bề mặt của bề mặt, đánh giá sau khi lão hóaHTLHàm công thay đổi. Sau khi lão hóaThiết bị nhóm điều khiểnSản phẩm Spiro-OMeTADTiềm năng bề mặt giảm đáng kể và chức năng làm việc cũng giảm đáng kể，D18Thiết bị nhómSản phẩm Spiro-OMeTADĐiện thế bề mặt và hàm công thay đổi ít hơn. (Biểu đồ2 giờ、2i）

•Kính hiển vi điện tử quét(SEM)：

Quan sát hình dạng bề mặt của bộ phim và kết cấu mặt cắt của thiết bị. Hình ảnh xác nhậnD18Lớp giữa có khả năng tạo thành một bộ phim dày đặc bao phủ hiệu quả trên bề mặt perovskite và bảo vệ hình dạng perovskite sau khi lão hóa. (Biểu đồ2DĐồ thịS5）

kết luận

Nghiên cứu này đã thành công trong hiệu quản-i-pMột lớp được giới thiệu trong các tế bào năng lượng mặt trời perovskite.Cực mỏngD18Lớp trung gian polymer. Thiết kế sáng tạo này đã mang lại những tiến bộ đáng kể:

•Cải thiện đáng kể sự ổn định của pin mặt trời：D18Lớp trung gian hiệu quảChặn lớp canxi titan và lớp vận chuyển lỗ điện(HTL)Sự khuếch tán ion giữaĐể bảo vệ vật liệu perovskite vàHTLKhông bị suy thoái. Thí nghiệm cho thấy, so với khôngD18Thiết bị ở tầng giữa, sử dụngD18Các linh kiện thiết bị có thể duy trì hiệu quả cao hơn trong điều kiện ánh sáng liên tục và nhiệt độ cao.

•Cải thiện hiệu quả chuyển đổi năng lượng：D18Lớp giữaPerovskite vàHTLSự sắp xếp mức năng lượng giữaThúc đẩy khai thác hiệu quả lỗ điện và giảm thiểu tổn thất năng lượng giao diện. Cuối cùng, các tế bào năng lượng mặt trời mà nhóm nghiên cứu đã tạo raGundam26.39% (Được chứng nhận là26.17%)Hiệu quả chuyển đổi năng lượngVà diện tích lớn.(1Bình phương cm)Hiệu quả của thiết bị cũng đạt25.02%。

Tài liệu tham khảo từ Nature Communications_DOI: 10.1038/s41467-024-55329-0

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