Bối cảnh nghiên cứu và thách thức

•Thách thức cốt lõi của pin mặt trời perovskite năng lượng hiệu quả cao: Mặc dù kim loại halogen perovskite, do tính chất quang điện của nó, đã cải thiện đáng kể hiệu suất của pin mặt trời và cho phépPSCcủaHệ Trung cấp (PCE）Giới hạn lý thuyết liên tục được tiếp cận, nhưng quá trình tối ưu hóa của nó vẫn còn những trở ngại đáng kể.

•Vấn đề vốn có với vật liệu chọn lọc lỗ điện phân tử nhỏ:

。 Vấn đề lắng đọng đồng nhất với sự kết hợp phân tử: Các vật liệu chọn lọc lỗ điện phân tử nhỏ hiện có, đặc biệt là trong quá trình sản xuất dung dịch, khó đạt đượcTrầm tích đồng nhấtVà hiệu quảỨc chế tập hợp phân tửVí dụ: CommonSản phẩm Me-4PACzCác phân tử tích tụ đáng kể trong dung dịch và kích thước hạt của chúng tăng lên đáng kể theo thời gian lưu trữ.

。 Tác động tiêu cực của hiệu quả, tái tạo và ổn định: Sự lắng đọng không đồng đều này có vấn đề với sự kết hợp phân tử, đối với pinHiệu quả, tái tạovàỔn định hoạt động lâu dàiGây ra thiệt hại nghiêm trọng.

。 cản trở công nghiệp hóa và sản xuất hàng loạt: Kết hợp phân tử không chỉ rút ngắn dung dịch tiền chấtCuộc sống hoạt độngCũng trở ngại nghiêm trọng.Quy trình liên tục hóa quy mô công nghiệpĐây là......PSCThách thức then chốt thúc đẩy thương mại hóa.

•Vấn đề mất năng lượng và thiếu hụt:

。 Vật liệu phân tử nhỏ trong lớp khoáng canxi titan và bề mặt của giao diệnHình thành khiếm khuyếtVàHiệu quả truyền tải phí giao diệnThiếu sót, dẫn đếnHợp chất không bức xạNó ảnh hưởng đến thiết bị.điện thoại bàn phím (VOC）Và hiệu suất tổng thể.

。 Thiết bị hiện cómạc đường ruột muqueuses digestives (QFLSGiá trị có thể không đủ cao vàĐộ hòatan nguyênthủy(Sản phẩm EL-EQE) Tương đối thấp, điều này phản ánh trực tiếp tổn thất năng lượng và mật độ khiếm khuyết bên trong thiết bị.

Nhóm nghiên cứu và kết quả tập trung

Hình 3i

Nghiên cứu này được thực hiện bởiChu Tông Long, Khoa Hóa học, Đại học Thành phố Hồng Kông(Zonglong Zhu)教授、Tăng Hiểu Thành(Xiao Cheng Zeng)教授vàLi Zhongan, Khoa Hóa học và Hóa chất, Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung(Trung An Li)教授Ảnh: International Top Journal Thiên nhiên Photonics。

Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (PSCCác vấn đề về sự tích tụ phân tử và lắng đọng không đồng đều của vật liệu lớp tiếp xúc chọn lọc hố điện và kết quả là giảm hiệu quả, khả năng tái tạo và ổn định, nhóm nghiên cứu đã phát triển và đồng lắng đọng một loạiLoại mớipLoại phân tử nhỏD4PACùng lúc với màng perovskite,D4PAChìa khóa của thiết kế phân tử nằm trong các phân tử của nóC–CKhớp nối. Thiết kế khớp nối này làm choD4PACó khả năng hình thành mạnh mẽ với perovskite và chất nềnTương tác neo đa vị trí, tăng cường hiệu quả việc truyền tải điện tích giao diện và ức chế sự hình thành khiếm khuyết bên trong lớp khoáng canxi titan; Trong khi đó,C–CSự cản trở không gian được đưa vàoD4PATrình bày một cấu trúc phân tử méo mó, do đó ức chế hiệu quả sự kết hợp của các phân tử.

Áp dụngD4PAThiết bị được thực hiện trong các thiết bị diện tích nhỏ. 26.72%Hiệu quả chuyển đổi năng lượng được chứng nhận(PCE)và26.14%Theo dõi điểm công suất tối đa được chứng nhận(MPPT)Hiệu quả.

Trong khu vực hoạt động là10,86 cm2 Trong mô - đun mini,PCEGiới thiệu23.37%Chứng nhậnMPPTHiệu quả đạt được22.66%. Thiết bị hoạt động liên tục tại điểm công suất tối đa2,500giờSau đó, vẫn giữ nó.Hiệu quả ban đầu97.2%Trên。

Quá trình thử nghiệm và các bước

Hình 3f

· Tổng hợp thành công vật liệu chọn lọc lỗ điện mới: Đầu tiên thông qua phản ứng tổng hợp hữu cơ nhiều bước, vật liệu cốt lõi đã được chuẩn bị thành công D4PAPhân tử。

· Tối ưu hóa công thức giải pháp predrive để đạt được đồng lắng đọng: Để đạt đượcD4PAĐồng lắng đọng với một bộ phim perovskite, nhóm nghiên cứu đặt một nồng độ cụ thể của D4PA(Thiết bị nhỏ là0,35 mg / mlMô - đun mini là0,32 mg / ml) Trộn trực tiếp vào dung dịch tiền chất perovskiteHình thành hàmD4PAMực perovskite. Bước này đảm bảoD4PACó thể phân tán đồng đều và tích hợp vào lớp khoáng canxi titan.

· Hiệu quả cao năng lượng khu vực nhỏ chuẩn bị thực hiện: Rửa và xử lý trướcITOSau khi chất nền thủy tinh, nó sẽ chứaD4PAGiải pháp tiền chất perovskitePhương pháp phủ xoắn ốc lắng đọng trongITOTrên nềnBằng cách kiểm soát tốc độ quay và thời gian giọt phản dung môi, hình thành một màng perovskite đồng nhất, sau đó tiến hành xử lý ủ nhiệt. Sau đó, truyền tải điện tử theo thứ tự(C60, BCP)và điện cực bạc và được xác định bằng cách sử dụng lá chắn kim loại0,0412 cm²Diện tích linh kiện.

· Khả năng mở rộng Module Process Validation: Để kiểm traD4PATiềm năng ứng dụng trong quy trình quy hoạch diện tích lớn, nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh công thức tiền chất perovskite và áp dụng công thức phù hợp hơn cho sản xuất hàng loạtPhương pháp cạo(lớp phủ lưỡi)Sẽ chứaD4PAGiải pháp được phủ lênITOTrên chất nền kính. ủ nhiệt được thực hiện sau khi phủ và lớp điện cực tiếp theo được hấp tương tự. Để tạo thành mô-đun, hai lần khắc laser cũng được thực hiện để xác định các đơn vị.

· Đánh giá toàn diện về tính ổn định và hiệu suất lâu dài: Chuẩn bị hoàn thành thiết bị khu vực nhỏ và mô-đun mini bên trong hộp găng tay khí nitơ để mô phỏng ánh sáng mặt trờiTiến hànhJ-VĐường cong,EQEvàMPPTKiểm tra hiệu suất.. Ngoài ra, hàng ngàn giờ đã được thực hiện cho các thiết bị sau khi đóng gói MPPTKiểm tra ổn định hoạt động liên tụcĐể đánh giá độ tin cậy vận hành lâu dài của nó.

Phương pháp mô tả và kết quả

Phân chia bậc chuẩn fermiergicQFLS

Định lượng tổn thất hợp chất không bức xạ trong màng perovskite và phản ánh trực tiếp điện áp mạch mở tối đa có thể đạt được bên trong thiết bị(VOC)。QFLSGiá trị dựa trênNăng suất lượng tử quang học(PLQY) và mật độ hiện tại bão hòa tổng hợp bức xạ tối(J0, rad)Tính toán ra được.

D4PAThiết bị cơ sởQFLSGiá trị luôn cao hơnSản phẩm Me-4PACzThiết bị cơ bản, xác nhận thêm.D4PAhiệu quảỨc chế khiếm khuyếtVàCải thiện hợp chất không bức xạTrong100 mW cm^-2 Dưới ánh sáng, thiết bịVOCVớiQFLSSự khác biệt giữa chúng gần như không đáng kể, cho thấy tổn thất điện áp giao diện rất thấp.

Hình 4e:Hiển thịSản phẩm Me-4PACzvàD4PAPerovskite phim ở cường độ ánh sáng khác nhauQFLSĐường cong.

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 tư có thể đạt đượcBản đồChức năng và tạoQFLSHình ảnh, trực 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-Đặc tính điện ápJ-VĐường cong

Đánh giá hiệu suất chuyển đổi quang điện tổng thể của pin mặt trời. Sử dụngCông nghệ Quang DiễmEnlitechMô phỏng ánh sáng mặt trời Xenon(SS-F5)Hiện tạiSS-X)Hiệu chuẩn cường độ ánh sáng là100 mW cm^-2Và xuyên qua.Keithley 2400Bảng nguồnChiều dày mối hàn góc (- 0,1 VĐến1,35 V), tọa độ&phương trình (1,35 VĐến- 0,1 V) Đo lường. Đối với các mô-đun nhỏ, phạm vi quét là- 0,1 VĐến6,2 V。

L Hiệu suất thiết bị khu vực nhỏ được cải thiện đáng kể：D4PACơ sởPSCThành tựu26.83%củaHiệu quả caoTỷ lệ (được chứng nhận là26.72%）Điều này rõ ràng tốt hơnSản phẩm Me-4PACzCác thiết bị tham chiếu24.97%. tốt nhấtD4PAThiết bịMở mạch điện áp(VOC)Giới thiệu1.200 V(Giá trị chứng nhận1,197 V）Mật độ hiện tại ngắn mạch,Mật độ hiện tại ngắn mạch(Công ty TNHH)vì26,11 mA cm^-2(Giá trị chứng nhận26,21 mA cm^-2）Yếu tố điền(FF)vì85.63%(Giá trị chứng nhận85.17%）。

L Xác minh hiệu suất cấp mô-đun: Trong khu vực hiệu quả là10,86 cm²Trên mô - đun mini perovskite, nó đã được thực hiện. PCE 23,37%và được chứng nhậnMPPThiệu suất22.66%Kiểm tra đi.D4PATiềm năng trong quy trình mở rộng.

Hình 3a:Giới thiệu sử dụngSản phẩm Me-4PACzvàD4PAnhưHSCThiết bị hiệu suất tốt nhất.J-VĐường cong.

Hình 3b:hiển thịD4PAChứng nhận thiết bị cơ sởJ-VĐường cong.

Hình 3g:Hiển thịD4PAMô-đun mini cơ sởJ-VĐường cong.

Hiệu suất lượng tử bên ngoàiEQE

Đo lường hiệu quả của các tế bào năng lượng mặt trời trong việc chuyển đổi các photon tới thành dòng điện tử ở các bước sóng khác nhau và có thể được sử dụng để tính toán mật độ dòng điện ngắn mạch của thiết bị(Công ty TNHH)Hơn nữa,Độ nhạy caoEQE Đo mật độ hiện tại bão hòa hỗn hợp bức xạ tối có thể được sử dụng để đánh giá thiết bị(J0, rad). sử dụngCông nghệ Quang DiễmEnlitechcủaQE-R EQEhệ thốngThực hiện các phép đo hiệu suất lượng tử bên ngoài.Độ nhạy caoEQE Sử dụngCông nghệ Quang DiễmEnlitechcủaSản phẩm PECT-600hệ thống(hiệnFTPS)Dòng điện được phóng đại và điều chỉnh qua bộ khuếch đại khóa.

D4PACơ sở vàSản phẩm Me-4PACzThiết bị cơ sởEQEQuang phổ cho thấy mật độ dòng tích hợp tương tự. Độ nhạy caoEQEĐo lường hiển thị,D4PAThiết bị J0, Radvì5.41 × 10^-21mA cm^-2Rõ ràng là thấp hơn.Sản phẩm Me-4PACzThiết bị9.87 × 10^-21mA cm^-2Điều này cho thấyD4PAGiảm hiệu quả sự kết hợp không bức xạ của thiết bị.

Hình 3e:Giới thiệuSản phẩm Me-4PACzvàD4PAThiết bịEQEQuang phổ.

Hình 53:Hiển thịSản phẩm Me-4PACzvàD4PACơ sởPSCĐộ nhạy caoEQEĐường cong.

Hiệu suất lượng tử phát quang điệnSản phẩm EL-EQE

Định lượng trực tiếp tổn thất năng lượng của thiết bị trong chế độ phát quang điện, caoSản phẩm EL-EQEGiá trị chỉ ra rằng thiết bị có tổn thất hợp chất không bức xạ thấp. Thông quaCông nghệ Quang DiễmEnlitechcủaSản phẩm ELCT-3010Công cụ(hiệnREPS)Áp dụng điện áp bên ngoài/Nguồn hiện tại được đo lường.

D4PACơ sởPSCcủaSản phẩm EL-EQELên tới 15.25%Cao hơn nhiều.Sản phẩm Me-4PACzcủa6.23%Điều này chứng tỏD4PAGiảm tổn thất năng lượng của thiết bị một cách hiệu quả.

Hình 4f:So sánhSản phẩm Me-4PACzvàD4PACơ sởPSCTrong chế độ phát quang diodeSản phẩm EL-EQEQuang phổ.

Theo dõi điểm công suất tối đaMPPTKiểm tra độ ổn định

Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (1 ổn định hoạt động lâu dài, hoạt động liên tục tại điểm công suất tối đa. Sau khi đóng góiPSCTrong không khí, nhiệt độ phòng, trong1Mặt trời tương đươngĐèn LEDChạy dưới ánh đèn. Sử dụngMáy đo chênh lệch đa tiềm năngTheo dõi đầu ra tại điểm công suất tối đa và làm theoISOS-L-1Thỏa thuận.

D4PAThiết bị cơ sở thể hiện sự ổn định hoạt động, hoạt động liên tục tại điểm công suất tối đa 2,500Sau một giờ, nó vẫn có thể duy trì hiệu quả ban đầu.97.2%Trên-Hiển thị manipulator (2,500Giờ sau chỉ còn lại82.7%）。

Hình 3i:Hiển thị thiết bị đóng gói liên tục tại điểm công suất tối đaAM 1,5 GMô phỏng bình thường hóa ánh sáng mặt trờiPCETiến hóa.

Đặc điểm khác

Tính toán lý thuyết hàm mật độ(DFT)Tính toán) Tính toán dự đoánD4PACấu trúc phân tử liên kết với hành vi giao diện, kết quả cho thấyD4PANăng lượng liên kết giữa các phân tử thấp hơn thông qua neo đôi(-1.5 eV vs Me-4PACz)của-2.356 eV)Hiệu quả ức chế tập hợp phân tử.(Hình 2g)

XPhổ năng lượng quang điện tử(XPS) Phân tích trạng thái hóa học bề mặt vật liệu,D4PATrong phimChất lượng PbĐộ lệch rõ rệt của đỉnh đặc trưng xác nhận sự tương tác giao diện mạnh hơn với lớp canxi-titan.(Hình 2a)

Fourier biến đổi phổ hồng ngoại(FTIR) Theo dõi các mẫu rung phân tử thay đổi theo nhiệt độ,D4PAcủaP = OĐỉnh rung động xảy ra dịch chuyển và duy trì ổn định ở nhiệt độ thấp, cho thấy sự hình thành liên kết mạnh mẽ sớm.(Hình 2c)

Kính hiển vi lực thăm dò Kelvin(KPFM) Đo phân phối tiềm năng bề mặt,D4PABộ phim vẫn duy trì điện thế bề mặt đồng đều và ổn định sau khi đun nóng, xác nhận rằng nó liên quan đếnITOSự ổn định nhiệt liên kết được tăng cường.(Hình 15)

Thời gian bay Khối phổ ion thứ cấp(TOF-SIMS) Phân tích phân phối chiều sâu của các yếu tố,P+Hiển thị tín hiệuD4PAPhân tán đồng đều trong toàn bộ lớp canxi-titan thay vì tập trung ở giao diện.(Hình 1b)

Phân tán ánh sáng động(DLS) Theo dõi hành vi tích tụ phân tử trong dung dịch,D4PAở12Sau một giờ kích thước hạt chỉ từ60 nmTăng lên.100 nmthấp hơn đáng kể.Sản phẩm Me-4PACzcủa211 nmTăng lên.Số lượng 405 nm。(Hình 2i)

Quét góc rộngXPhân tán tia vàXnhiễu xạ tia(GIWAXS / XRD) đặc trưng cấu trúc tinh thể màng mỏng,D4PAThấpQCường độ tán xạ của vùng giá trị giảm đáng kể, tạo thành một cấu trúc pha vô định hình rất mất trật tự.(Hình 24)

Phân cực liên quan phổ Raman Phát hiện định hướng sắp xếp phân tử, xác nhận thêmD4PACấu trúc độc đáo ức chế ngăn xếp phân tử có trật tự.(Hình 27)

Photoluminesis Phân biệt thời gian Photoluminesis(PL)Bản đồ/TRPL） Đánh giá hiệu quả khai thác phí,D4PAPhim cho thấy cường độ thấp đồng đều hơnPLPhân phối, tuổi thọ tàu sân bay rút ngắn đáng kể cho thấy hiệu quả khai thác lỗ điện được nâng cao.(Hình 4a-c)

Phân tích mật độ bẫyTDOSphân tích) Định lượng mật độ trạng thái bẫy,D4PAThiết bị cơ bản trong khu vực bẫy sâu(0,4-0,5 V)Hiển thị thấp hơnTDOSChứng minh khuyết điểm sâu sắc có hiệu quả.(Hình 4d)

kết luận

Nghiên cứu được giới thiệuLoại mớipLoại phân tử nhỏD4PAHạt chia organic (PSCKết quả nghiên cứu mang tính đột phá trong lĩnh vực này đã nâng cao đáng kểHiệu quả, ổn định và tính khả thi của quy trình sản xuất。

· Thiết kế phân tử độc đáo và cơ chế hoạt động：

hoặc D4PALà một loạiBộ đôipLoại phân tử nhỏ, của nó分子内C-CLiên kếtTrong hai dibenzo[c, g]Hạt chia organic (DBC) Giữa các đơn vị, giới thiệu mạnh mẽKhông gian Bit Resistance。

hoặc Cấu trúc này khiếnD4PAVớiCấu hình cứng nhắcVà xuyên qua.Liên kết hydro nội phân tửổn định hơn nữa.

hoặc D4PACó thể cùngITOChất nền và hình thành lớp khoáng canxi titanHiệu ứng neo đa vị trí mạnh mẽĐặc biệt là......2 hiệp out (2T) Cấu hình neo。

· Ức chế hiệu quả tập hợp phân tử：

hoặc D4PANăng lượng liên kết phân tử thấp (xấp xỉ)***-1.495 EV**Xác nhận sức cản không gian mạnh mẽỨc chế hiệu quả sự kết hợp giữa các phân tử。

hoặc DLS、Sản phẩm GIWAXSvàXRDPhân tích cho thấy,D4PAThể hiện trong giải pháp predromeXu hướng tập hợp thấp hơnVà hình thành.Cấu trúc pha vô định hình rất mất trật tựHiệu quả ức chế chồng chất và kết tinh của các phân tử.

hoặc Điều này đảm bảo rằngD4PATrong mực perovskitePhân tán đồng đềuVà kéo dài giải pháp.Cuộc sống hoạt động。

· Tăng cường tương tác giao diện và khiếm khuyết thụ động：

hoặc XPSvàFTIRPhân tích cho thấyD4PASự hiện diện giữa các lớp canxi titanTương tác giao diện mạnh hơnVà được hình thành sớm trong sự phát triển của các hạt.Liên kết mạnh mẽ。

hoặc D4PAcủa2TNăng lượng cấu hình neothụ động hiệu quả các khuyết tật sâu của bề mặt perovskite(Ví dụ như khoảng trống iốt, khoảng trống iốt và iốt)/ngược chì), làm giảm đáng kể mật độ trạng thái bẫy.

hoặc PLHình ảnh vàChuỗi hàng đầuDữ liệu cho thấy,D4PAphimHiệu quả khai thác lỗ điện được nâng cao và đồng đều hơn。

hoặc D4PAThiết bị cơ sởmạc đường ruột muqueuses digestives (QFLSGiá trị luôn cao hơnTiếp tục xác minh sự ức chế khiếm khuyết và cải thiện tổng hợp không bức xạ.

· Hiệu suất thiết bị：

hoặc Dựa trênD4PACác tế bào năng lượng mặt trời perovskite đã được thực hiện.Lên tới26.83%củaHiệu quả caoTỷ lệ（Hiệu quả chứng nhận là26.72%), vượt xa đáng kể các thiết bị kiểm soát.

hoặc điện thoại bàn phím (VOC) Đạt được1.200 VĐộ hòatan nguyênthủy(Công ty JSC) Đối với26,11 mA cm^-2Hệ Trung cấp (FF) Đối với85.63%。

hoặc Kích hoạt bàn phím ảo (MPPT) Hiệu quả đạt được26.14%。

· Ổn định lâu dài tuyệt vời：

hoặc Sau khi đóng góiD4PAThiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (MPP) Hoạt động liên tục2,500Sau một giờ vẫn vượt quá.97.2%Hiệu quả ban đầu。

hoặc D4PAphim vớiITOTính ổn định nhiệt liên kết được tăng cường.

hoặc D4PAmực perovskite có thời gian lưu trữ dài hơn,12Sau khi lưu trữ hàng giờ,D4PAHiệu quả trung bình của thiết bị chỉ giảm nhẹ0.32%Trong khi các thiết bị mực tham chiếu đã giảm1.81%。

· Khả năng thực hiện quy trình quy mô lớn：

hoặc Nghiên cứu này thông quaPhương pháp cạoSản xuất thành công diện tích hiệu quả là10,86 cm²Mô-đun Perovskite Mini, của nóHiệu quả đạt được23.37%（Chứng nhậnMPPTHiệu quả là22.66%）。

Kết quả này cho thấyD4PAởĐơn giản hóa quy trình thương mại hóa liên tụcTiềm năng lớn cho các tế bào năng lượng mặt trời perovskite hiệu quả cao, có thể mở rộng.

Tài liệu tham khảo từ nature photonics_DOI: 10.1038/s41566-025-01725-x

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