Nghiên cứu khó khăn và thách thức

Các lớp tiếp xúc chọn lọc điện tích hiệu quả cao hiện có (như lớp phân tử đơn tự lắp ráp,SAM) Nhiều được tối ưu hóa cho các tế bào năng lượng mặt trời perovskite hẹp, các đặc tính bậc năng lượng của chúng không phải là khe năng lượng rộng (WBG) Thiết kế perovskite. Sự không phù hợp bậc năng lượng giao diện này dẫn đến sự kết hợp không bức xạ nghiêm trọng, trực tiếp gây ra tổn thất điện áp mạch hở và giảm yếu tố làm đầy, hạn chế nghiêm trọng hiệu quả chuyển đổi công suất tổng thể của thiết bị.

Thách thức cốt lõi của nghiên cứu này là làm thế nào để có hệ thống vàĐiều khiển chính xácSAMMức năng lượngLàm cho nó liên quan đếnWBGKhoáng sản Calcium Titanium ĐạtTrận đấu tốt nhấtDo đóGiảm tổn thất hợp chất giao diện, nâng cao hiệu quả khai thác điện tíchCải thiện.WBGHiệu suất tổng thể của các tế bào phụ perovskite và các tế bào xếp chồng lên nhau.

Nhóm nghiên cứu và xuất bản

Nghiên cứu đột phá này được thực hiện từGiáo sư Tiết Tinh Tinh của Đại học Chiết Giang vàDeren Dương教授Đồng lãnh đạo, kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí học thuật nổi tiếng quốc tế Truyền thông thiên nhiên. Nhóm nghiên cứu chỉ ra cách sử dụng cấu trúc phân tử trongHiệu ứng cảm ứngĐiều khiển chính xác và có hệ thốngSAMnăng lượng và dựa vào đó để tạo ra hiệu quả cao.WBGtế bào perovskite vàPerovskite hiệu quả kỷ lục/ TOPConPin xếp chồng。

Thành tựu nghiên cứu và quan điểm

L Đổi mới cốt lõi: Sử dụng thành công "hiệu ứng cảm ứng" trong cấu trúc phân tử(Hiệu ứng cảm ứng)Để điều chỉnh chính xác và có hệ thống các lớp phân tử đơn tự lắp ráp(SAM)Mức năng lượng。

L Thực hiệnSAMTối ưu hóa bậc năng lượng để phù hợp với khoảng cách năng lượng rộng(WBG)Nhu cầu về pin perovskiteGiải quyết bình cảnh hiệu suất do năng giai thất phối dẫn đến.

L Xác nhận hàm lượng mạnh cho nhóm electronCác SAM PyAA-MeOXây dựng sự liên kết giao diện có lợi nhấtThúc đẩy rõ rệt việc chiết xuất lỗ hổng và giảm đáng kể tổn thất tổng hợp không bức xạ.

L Chuẩn bị hiệu quả caoWBGPerovskite Mono Junction Cell Hiệu quả chuyển đổi năng lượng(PCE)Tối đa đạt22.8%và có điện áp mạch mở cao(VOC)và các yếu tố điền(FF)。

L Thiết bị cho thấy sự ổn định tuyệt vờiCác kiểm tra lão hóa tăng tốc như ánh sáng, ứng suất nhiệt và theo vết điểm công suất lớn nhất đều biểu hiện xuất sắc.

L Dựa trên tối ưu hóaSAMXây dựng thành công perovskite hiệu quả cao/ TOPConPin xếp chồng lên nhau, được rồi.31.1%Hiệu quả chuyển đổi năng lượng(Chứng nhận của bên thứ ba là30.9%)。

L Thông qua phân tíchSản phẩm PLQYKết quả là, nó được chiết xuất và định lượng.Phân chia bậc chuẩn fermiergic(QFLS)Tăng lợi ích，Sản phẩm PyAA-MeOPha trộnPerovskite phim hiển thịLớn nhấtQFLSTăng(48,1 mV)cao nhất được quan sát thấy trong các thiết bị quang điện.VOCBiểu hiện trùng khớp,Phản ánh giảm tổn thất hợp chất không bức xạ。

L Hiệu suất pin xếp chồng lên nhau này là perovskite hiện đã được báo cáo/ TOPConMột trong những hiệu quả cao trong pin xếp chồng。

Hình 4e

Quá trình thử nghiệm và các bước

Hình 1ab

Thiết kế phân tử và tổng hợp Nhóm nghiên cứu đã thiết kế và tổng hợp một loạt các cấu trúc dựa trên lõi pyrene với các nhóm neo acrylicSAMphân tử, bao gồmPyAA、Sản phẩm PyAA-Br、Sản phẩm PyAA-MevàSản phẩm PyAA-MeOCác phân tử có các nhóm chức năng đặc tính điện tử khác nhau.

SAMChuẩn bị phim Tổng hợpSAMCác phân tử được hòa tan trong một dung môi cụ thể, bằng phương pháp phủ xoắn ốc trongITOMột màng monomolecular được lắng đọng trên bề mặt, sau đó được ủ để ổn định cấu trúc màng.

Perovskite phim chuẩn bị ởSAMTrang tríITOTrên bề mặt, dung dịch tiền chất perovskite khe hở năng lượng rộng được xây dựng, màng perovskite được lắng đọng bằng cách sử dụng lớp phủ xoắn và công nghệ xử lý chống dung môi và được ủ.

Chuẩn bị pin mặt trời Single Knot đểSAMtrang tríITOThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (LiF、C60、BCP) và điện cực bạc, hoàn thành cấu trúc đảo ngược tế bào năng lượng mặt trời perovskite đơn.

Chuẩn bị pin mặt trời nhiều lớp Pin phụ perovskite khe hở năng lượng rộng sẽ được tối ưu hóa (dựa trênSản phẩm PyAA-MeO) Tích hợp vào thương mại hóaTOPConTinh thể silicon. ởTOPConSự lắng đọng theo thứ tự trên chất nền siliconNiOxTầng,SAMLớp canxi titan, lớp thụ động bề mặt và lớp trung gian.LiF、C60、SnO2), tọa độ&phương trình (thông tin、Ag、LiF), được lắp ráp thành perovskite/ TOPConNhiều lớp pin mặt trời.

Hỗ trợ tính toán lý thuyết Tính toán mô phỏng bằng cách sử dụng lý thuyết hàm mật độ và nguyên tắc đầu tiênSAMCác phân tử trongITOCấu trúc và tương tác của bề mặt, hỗ trợ sự hiểu biết về hiện tượng quan sát thí nghiệm và hướng dẫn thiết kế thí nghiệm.

Mô tảPhongLuật và kết quả

1.J-VĐo lường đặc tính

Nhóm nghiên cứu sử dụng mô phỏngAM 1,5 GQuang phổ(100 mW cm)-²)Đơn vị đo nguồn dưới ánh sáng(Keithley 2400)Tiến hànhJ-VĐo lường đặc tính. Chính xác và đáng tin cậy.J-VĐo lường yêu cầu mô phỏng ánh sáng mặt trời chất lượng cao,Công nghệ Quang DiễmSử dụng SS-XMô phỏng ánh sáng mặt trời, của nóHệ thống AM1.5GBộ lọc sử dụng công nghệ lắng đọng plasma tiên tiến cho độ chính xác phổ cao và độ bền tuyệt vời.

Kết quả cho thấy, dựa trên sự khác biệtSAMKhe hở năng lượng rộngPSCHiệu quả trung bình từSản phẩm PyAA-Brcủa12.9%Tăng dần lên.Sản phẩm PyAA-MeOcủa22.1%Trong số đó,Sản phẩm PyAA-MeOCác thiết bị của cơ sở hoạt động tốt nhất, đạt được22.8%củaPCECó.1,24 VcủaVOC、84.3%củaFFvà21,8 mA cm^-2 củaCông ty JSC。

Sơ đồ4aTrình bày dựa trên sự khác biệtSAMcủaPSCThiết bịJ-Vđường cong,Bảng1Các thông số hiệu suất của các thiết bị này được tóm tắt.

Sơ đồ4eVà nó cho thấy pin xếp chồng lên nhau.J-VĐường cong.

2.Hiệu suất lượng tử bên ngoài(EQE)Đo lường

Đo lường hiệu quả của pin trong việc tạo ra các tàu sân bay dưới ánh sáng bước sóng khác nhau, xác minhJ-VĐo lường.Công ty JSCGiá trị. Nhóm nghiên cứu sử dụngSử dụng Enlitech QE-RHệ thống tích hợp hiệu quả lượng tử bên ngoàiĐo lường trong điều kiện ngắn mạch, sử dụng bộ khuếch đại khóa pha và bộ khuếch đại tiền lưu.EQEĐo lường năng lượng hiểu cách pin phản ứng trong các dải quang phổ khác nhau.Công nghệ Quang DiễmSử dụng Enlitech QE-RHệ thống đo lường hiệu quả lượng tửCó tính lặp lại cao.(> 99.5%)Đồng thời trang bị hai bộ khuếch đại khóa pha độc lập, có thể đồng thời giám sát công suất ánh sáng và tín hiệu thiết bị.

Sơ đồ4b So sánh dựa trênPyAAvàSản phẩm PyAA-MeOThiết bị.EQEĐường cong.Sản phẩm PyAA-MeOThiết bị cơ bảnEQEĐường cong cho thấy phản ứng cao hơn, được tính bằng tích phânCông ty JSCGiá trị là21,0 mA cm^-2Cao hơn.PyAAThiết bị cơ bản20,2 mA cm^-2。EQESự gia tăng của dòng tích hợp là do sự liên kết năng lượng được cải thiện mang lạiKhai thác lỗ hiệu quả hơn。

Sơ đồ4F Perovskite được hiển thị/Trong các thiết bị xếp chồng siliconWBGtế bào con và tế bào con siliconEQEĐường cong, tích phânCông ty JSCGiá trị tương ứng là19,8 mA cm^-2 và19,7 mA cm^-2。

3.Phân chia bậc chuẩn fermiergic(QFLS)Đặc tính quang học liên quan

QFLS (Phân chia cấp Quasi-Fermi)Sự phân bố mức năng lượng không cân bằng của các tàu sân bay quang học dưới ánh sáng được mô tả để định lượng vật liệuVOCtiềm năng và giúp hiểu nguồn gốc của tổn thất tổng hợp không bức xạ. Nhóm nghiên cứu đã đo lường dựa trên sự khác biệt.SAMPerovskite phimSản phẩm PLQY. Nhóm nghiên cứu sử dụngEnlitech LQE-50-EL (LQ-50)Hệ thống hiệu quả lượng tử bên ngoài electroluminationThu thậpEQEEL。

Thông quaSản phẩm PLQYNghiên cứu cho thấy giá trị củaSAMCác nhóm chức năng tăng cường khả năng điện tử, từ......Sản phẩm PyAA-Brcủa0.70%Tăng lên.Sản phẩm PyAA-MeOcủa5.71%. Tách bậc paraferromergic dựa trên giả định này(QFLS)Giá trị gia tăng cũng có xu hướng tương tự, từSản phẩm PyAA-Brcủa17,2 mVTăng lên.Sản phẩm PyAA-MeOcủa48,1 mV， Sản phẩm PyAA-MeOThể hiện maxQFLSTăng cườngđiện áp cao nhất của thiết bị.(VOC)Rất khớp. Ngoài ra, toàn bộ thiết bịEQEELĐo lường xác nhận thêm,EQEELGiá trị tăng lên khi các nhóm chức năng tăng cường khả năng điện tử, làm choSản phẩm PyAA-MeOMất điện áp cho thiết bị(ΔV)nhỏ nhất(Chỉ0,18 mV). Những con trỏ hiệu suất quang điện tuyệt vời này xuất phát từ sự liên kết năng lượng giao diện thuận lợi,Thúc đẩy khai thác lỗ hiệu quả caoVàGiảm đáng kể tổng hợp điện tích giao diện。

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

Sử dụng QFLS-Maper，1/5Giá thiết bị đã sẵn sàng để sử dụngBản đồĐầu ra chức năngHình ảnh QFLSThị giác hóa toàn bộ tình huống phân bố cấp năng lượng chuẩn phí, vật liệu ưu khuyết nhìn một cái không bỏ sót!

Theo dõi chúng tôi để biết thêm thông tin mới nhất!

4.Dòng quang thoáng qua(TPC)Đo lường suy giảm

Nghiên cứu động lực học khai thác của tàu sân bay (lỗ) trong điều kiện ngắn mạch. Được tối ưu hóa bởi sự liên kết năng lượng giao diện mang lại hiệu ứng gây ra bởi nhóm methoxy electron, việc khai thác nhanh các lỗ được tạo điều kiện hiệu quả.(Sơ đồ3D)

Đặc điểm khác

1.Xnhiễu xạ tia(XRD)：Đánh giá chất lượng kết tinh của màng perovskite. Đỉnh và sức mạnh của các mẫu gần như giống nhau và hầu như không quan sát đượcPbI₂ Đỉnh núi.33Cho thấy các nhóm chức năng khác nhau không ảnh hưởng nhiều đến kết tinh của perovskite.(Sơ đồ2a)

2.Góc rộng quét 2DXPhân tán tia(GIWAXS 2D)

Nghiên cứu định hướng tinh thể của các màng perovskite lắng đọng trên các chất nền khác nhau. Trong cả bốn trường hợp, màng perovskite có xu hướng tinh thể tương tự nhau. Điều này khẳng định rằng sự thay đổiSAMCác nhóm chức năng không có ảnh hưởng đáng kể đến sự kết tinh và định hướng của màng perovskite.(Sơ đồS 24)

3.Kính hiển vi điện tử quét(SEM)

Quan sát hình dạng bề mặt của màng perovskite.SAMViệc sửa đổi các nhóm chức năng có ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng của lớp màng khoáng canxi-titan lắng đọng phía trên.(Sơ đồ2b)

4.UV ngoài-Quang phổ nhìn thấy(quang phổ UV-vis)

Đánh giá các đặc tính hấp thụ quang học và khoảng cách dải quang học của màng perovskite. Hình dạng và cường độ quang phổ tương tự cho thấy sự thay đổi nhóm chức năng không làm thay đổi sự hấp thụ ánh sáng và khoảng cách dải quang học của vật liệu perovskite.(Sơ đồ2c)

5.Phổ năng lượng điện tử UV(UPS)

lấySAMTrang tríITOThông tin mức năng lượng trên bề mặt và phân tíchSAMCăn chỉnh với năng lượng của giao diện perovskite. Chứng minh rằng sự liên kết năng lượng quan sát được cải thiện chủ yếu là doSAMThay đổi mức năng lượng(Sơ đồ3b)

6.Kính hiển vi lực thăm dò Kelvin(KPFM)

Đo lườngSAMThay đổi tiềm năng bề mặt của bề mặt sửa đổi. Nó cho thấy rằng tiềm năng bề mặt giảm khi các nhóm chức tăng cường khả năng cung cấp cho electron, cho thấy rằng từSản phẩm PyAA-BrđếnSản phẩm PyAA-MeOcủapHành vi càng ngày càng rõ ràng.(Sơ đồS30)

7.Thời gian phân biệt ánh sáng phát quang（TRPL）

Nghiên cứu động lực học tàu sân bay trong màng perovskite, đặc biệt là quá trình khai thác điện tích.Sản phẩm PyAA-MeOKhoảng thời gian đầu tiên trong đường cong cuộc sống vi phân của mẫu cơ bản là ngắn nhất, một giai đoạn chủ yếu bị chi phối bởi quá trình chuyển điện tích, xác nhận rằngSản phẩm PyAA-MeOKhả năng khai thác phí giao diện tuyệt vời.(Sơ đồ3c)

9.Thời gian phân biệtPLQuang phổ vàBản đồ PL

Đánh giá độ ổn định ánh sáng của màng perovskite. Chiếu sáng 24 Một giờ sau, tất cả các mẫuPLPhóng ra đều xuất hiện dịch chuyển đỏ tương tự. Điều này khẳng địnhSAMCác nhóm chức trong ảnh hưởng không đáng kể đến sự ổn định pha của màng perovskite khe hở năng lượng rộng.(Sơ đồS26.27)

10.Theo dõi điểm công suất tối đa(MPPT)Kiểm tra độ ổn định(Kiểm tra ổn định MPPT)

Đánh giá sự ổn định lâu dài của thiết bị dưới ánh sáng liên tục.Sơ đồS39 Cung cấpMPPTTheo dõi đường cong. Các thiết bị chưa được niêm phong trong báo cáo nghiên cứu60 ° CTiếp tục xuống 400 giờMPPTSau khi thử nghiệm, dựa trênSản phẩm PyAA-MeOThiết bị được giữ lại nhiều hơn.99%Hiệu suất ban đầu. Trong khoảng 2500 Trong các bài kiểm tra lão hóa tăng tốc khác nhau, hiệu quả của nó vẫn còn vượt quá.96%Nó cho thấy khả năng chịu được kích thích bên ngoài.

11.Kiểm tra lão hóa tăng tốc(Kiểm tra lão hóa tăng tốc)

Đánh giá tuổi thọ lâu dài của thiết bị trong điều kiện tăng tốc. Thiết bị trong khoảng 2500 Sau một giờ vẫn giữ được nhiều hơn.96%Hiệu suất ban đầu.

Tóm tắt nghiên cứu

Điều khiển chính xácSAMChính sách của Energy Order Nghiên cứu đã phát triển thành công các chiến lược sử dụng các hiệu ứng gây ra nhóm chức năng để điều chỉnh chính xác và có hệ thống các bậc năng lượng lớp đơn phân tử tự lắp ráp, cung cấp một phương pháp quan trọng để tùy chỉnh các giao diện để phù hợp với perovskite khe năng lượng cụ thể.

Tối ưu hóa mức năng lượng giao diện và chiết phí Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (Sản phẩm PyAA-MeOđã được tối ưu hóa thành công.SAMCăn chỉnh thứ tự năng lượng giao diện với perovskite khe hở năng lượng rộng, tạo ra một dải năng lượng uốn cong có lợi cho khai thác lỗ điện, thí nghiệm xác nhậnSản phẩm PyAA-MeOCó khả năng khai thác điện tích giao diện tuyệt vời.

Nút đơnWBGHiệu suất cao của pin perovskite Sử dụng Energy Order OptimizationSản phẩm PyAA-MeOLà một lớp lựa chọn lỗ điện, nó được nâng cấp đáng kể.WBGPerovskite hiệu suất pin mặt trời, thiết bị đạt được22.8%Hiệu suất chuyển đổi quang điện, chủ yếu là do cải thiện chiết xuất điện động giao diện và giảm tổn thất tổng hợp phi bức xạ.

Giảm hiệu quả hợp chất không bức xạ với tổn thất điện áp Căn chỉnh bậc năng lượng giao diện được tối ưu hóa và chiết xuất lỗ điện hiệu quả làm giảm hiệu quả hợp chất không bức xạ của thiết bị.Sản phẩm PLQY、QFLS、EQE_ELKiểm tra đều cho thấy,Sản phẩm PyAA-MeOThiết bị có tổn thất hợp chất không bức xạ và tổn thất điện áp mạch hở tối thiểu.

Đạt được hiệu quả cao xếp chồng pin mặt trời Sẽ có hiệu suất caoWBGThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (Sản phẩm PyAA-MeO) Tích hợp vào thương mạiTOPConTinh thể silicon subcell, xây dựng thành công perovskite hiệu quả cao/ TOPConNhiều lớp pin mặt trời.1 cm²Thiết bị xếp chồng diện tích hoạt động đạt31.1%Chứng nhận của bên thứ ba (Third party certification)30.91%(Đối vớiTOPConMột trong những báo cáo hiệu quả cao của pin xếp chồng lên nhau.

Thể hiện sự ổn định của thiết bịSản phẩm PyAA-MeOThiết bị cho thấy hoạt động tuyệt vời và ổn định nhiệt. Thiết bị không đóng gói vẫn được duy trì sau một thời gian dài hoạt động trong quá trình kiểm tra lão hóa tăng tốc, bao gồm theo dõi điểm công suất tối đa, tiếp tục chiếu sáng và sưởi ấm liên tục96%-99%Hiệu suất ban đầu.

SAMẢnh hưởng nhẹ đến màng perovskite Các nhóm chức năng khác nhauSAMCó rất ít tác động đến sự kết tinh, hình thái, đặc tính quang học và sự ổn định ánh sáng của màng perovskite lắng đọng trên nó, xác nhận thêm rằng việc cải thiện hiệu suất của thiết bị chủ yếu là doSAMCải thiện giao diện với perovskite, không phải là thay đổi trong chính bộ phim perovskite.

Tài liệu tham khảo từ nature communications_DOI: 10.1038/s41467-025-59896-8

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