Bối cảnh nghiên cứu và thách thức

Năng lượng mặt trời (PSC) Mặc dù có những tiến triển đột phá trong các thiết bị diện tích nhỏ, nhưngVùng Đất Khắc NghiệtNo Man's Land (PSMNhững khó khăn về hiệu suất vẫn là rào cản quan trọng đối với thương mại hóa.Vấn đề căn bản là......Khó khăn trong kiểm soát chất lượng phim perovskite diện tích lớn。

So với việc chuẩn bị diện tích nhỏ trong môi trường trơ của phòng thí nghiệm,Sản xuất diện tích lớn phải đối mặt với kiểm soát động lực học tinh thể phức tạp và thách thức môi trường khắc nghiệtdẫn đến mất hiệu quả đáng kể từ pin đến mô-đun. Những khó khăn kỹ thuật chính bao gồm:

1. Quy trình kiểm soát phức tạp: Chuẩn bị dung dịch liên quan đến sự phối hợp chính xác của nồng độ tiền chất, đặc tính dung môi và các thông số quy trình sản xuất. Sự tương tác của các yếu tố này làm cho việc hình thành một bộ phim đồng nhất dày đặc trở nên khó khăn, hạn chế các cửa sổ hoạt động rộng cần thiết cho quy trình sản xuất diện tích lớn.

2. Sự ổn định vật liệu mâu thuẫnNguyên văn: Não tử khuyết căn cân (FA) hoặc Caesium (Cs), tọa độ&phương trình (MANó có thể cải thiện sự ổn định nhiệt, nhưngkhôngMAcủaFACPerovskite dễ tạo ra pha trung gian xấu và hành vi kết tinh khó kiểm soát; và quá liềuCsĐiều này sẽ làm cho độ tinh tế và kết tinh của các hạt tinh giảm. Hơn nữa,FA+Kích thước lớn của các ion dễ dàng tạo ra các căng thẳng dư lượng có hại trong phim.

3. Nhạy cảm môi trường: Độ ẩm và oxy trong không khí có khả năng phản ứng cao với halogen chì perovskite, có thể gây ra sự thay đổi pha phá hoại và sụp đổ cấu trúc, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định của thiết bị.

4. 研究策略局限Các phương pháp điều tiết nhóm hiện có, công trình phụ gia, v. v. tập trung vào một mặt,Thiếu chiến lược tích hợp để giải quyết đồng thời kiểm soát kết tinh và ổn định môi trườngĐể chuẩn bị diện tích lớn chất lượng cao.FACPerovskite phim vẫn là một thách thức kỹ thuật lớn.

Nhóm nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện bởiĐội ngũ Chen Wei, Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa TrungXuất bản trong Academic Journal《Vật liệu năng lượng tiên tiến》。Nhóm nghiên cứu đề xuất giới thiệu phụ gia chức năng kép——Hạt chia organic (mercaptoacetamide, MAA) Chiến lược sáng tạoNhằm giải quyết đồng thời thách thức kép về kiểm soát chất lượng màng perovskite và ổn định môi trường trong sản xuất quy mô lớn.

MAACơ chế hoạt động cốt lõi của phụ giaBao gồm:

• Điều chỉnh động lực tinh thể: Trì hoãn tốc độ kết tinh, mở rộng cửa sổ quy trình, thúc đẩy sự hình thành hạt lớn và cải thiện định hướng tinh thể

• Thụ động khiếm khuyết và nâng cao chất lượng: thụ động hiệu quả khiếm khuyết vị trí trống, cải thiện tính đồng nhất của màng và độ tinh thể

• Chức năng bảo vệ môi trường: Với khả năng giảm mạnh, bảo vệ màng perovskite khỏi bị thủy phân và oxy hóa trong môi trường không khí

Thông quaMAANhiều tương tác với các thành phần perovskite, chiến lược đã đạt được thành côngPhối hợp tối ưu hóa kiểm soát kết tinh và ổn định môi trườngCung cấp giải pháp hiệu quả cho việc chuẩn bị màng perovskite chất lượng cao trên diện tích lớn.

Phương pháp thử nghiệm và quy trình nghiên cứu

Hình 6a

研究以Hạt chia organic (MAA）Là cốt lo@@ ̃i, đã thiết lập tuyến đường kỹ thuật hoàn chỉnh từ thiết bị diện tích nhỏ đến mô - đun diện tích lớn, đồng thời kết hợp với tính toán lý luận đi sâu vào cơ chế tác dụng phân tích.

1. Hệ thống vật liệu chính: Áp dụngFACHệ Trung cấp (FAI、PbI₂、CsBr) Phối hợpC60Tầng truyền tải điện tử,poly-4paczlớp phân tử đơn tự lắp ráp, cũng như sự đổi mới được giới thiệuMAAPhụ gia chức năng kép.

2. Lộ trình kỹ thuật sản xuất：

L Xử lý bề mặt và chuẩn bị lớp chức năng：Tự do thực hiệnSau khi chất nền được làm sạch tiêu chuẩn, lắng đọng theo thứ tựNiOxCác lớp vận chuyển lỗ điện vàSAMLớp giao diện

L Chuẩn bị lớp canxi titan: nồng độ khác nhauMAAGiới thiệu giải pháp tiền chất, áp dụngPhương pháp phủ lưỡi,Bộ phim chất lượng cao với xử lý chân không và ủ nhiệt,

L Hoàn thiện thiết bị: Chuẩn bị theo thứ tựPEAITầng cùn,C₆₀/ BCPTruyền tải điện tử vàCuĐiện cực.Tất cả các quy trình, ngoại trừ các điện cực kim loại, được hoàn thành trong môi trường không khí

3. Xác minh quy mô: Mở rộng quy trình thành công5 x 5 cmvà14 x 14 cmChất nền diện tích lớn, thông qua công nghệ đánh dấu laser để đạt được kết nối chuỗi tế bào con, các yếu tố điền hình học mô-đun đạt96%。

4. Lý thuyết và kiểm chứng hiệu suấtĐộ hòatan nguyênthủy(DFT) Tính toán giải thíchMAACơ chế ức chế khuyết tật và tiến hành kiểm tra độ ổn định lâu dài trong điều kiện nhiệt quang và nhiệt ẩm để xác minh đầy đủ hiệu quả của chất phụ gia.

Phương pháp mô tả và kết quả

Phân chia bậc chuẩn fermiergic(QFLS)

mạc đường ruột muqueuses digestives (QFLSNó là một con trỏ quan trọng để đo tiềm năng của điện áp mạch mở của vật liệu, đồng thời tiết lộ nguồn gốc của tổn thất hợp chất không bức xạ. Thông số sản phẩm Thông tin sản phẩm Bình Luận(Sản phẩm PLQY) Đo lườngĐánh giá định lượngMAAHiệu ứng thụ động trên khiếm khuyết。

Kết quả cho thấy,KinhMAAphim perovskite được xử lý, trong đóSản phẩm PLQYGiá trị lên đến0.94%cao hơn so với nhóm đối chứng.0.25%. Điều này cho thấy sự giảm đáng kể của hợp chất không bức xạ trong phim, báo hiệu hiệu suất của thiết bị, đặc biệt là điện áp mạch hở (VOC) Nâng cấp. theoSản phẩm PLQYTính toán giá trị,ΔQFLSTăng34,04 mVĐiều này với toàn bộ thiết bịVOCBiên độ gia tăng tương xứng.

Hình 4g. Giá trị PLQY của các phim perovskite không có hoặc với MAA được gửi lên nền thủy tinh.

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.Bản đồ QFLSVớiQFLSHình 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 thái của chúng tôi và nhận được thông tin kỹ thuật mới đầu tiên!

J-VĐo đường cong(dòng điện-Đường cong điện áp)

J-VĐường cong được sử dụng để đo trực tiếp pin mặt trời và mô-đunHiệu quả chuyển đổi quang điện(PCE),Mật độ hiện tại ngắn mạch(Cơ quan),Điện áp mạch hở(Voc)và các yếu tố điền(FF)。

Kết quả:

◦ Thiết bị khu vực nhỏ: Tối ưu hóaMAACác tế bào năng lượng mặt trời perovskite diện tích nhỏ được xử lý (diện tích hoạt động)0,09 cm²) Được thực hiện.25,52% PCETham số cụ thể làĐộ dày 24,76 mA cm⁻²、Điện lực 1.203 VvàFF 85,68%. Ngược lại, các thiết bị kiểm soátPCEvì23.46%Chủ yếu là vìVocvàFFGiảm rõ rệt. Hơn nữa,MAAĐộ hòatan nguyênthủy(Chỉ số H) Đối với0.63%tốt hơn so với nhóm kiểm soát.2.17%

◦ Mô-đun trung bình: Mở rộng quy trình sản xuất đến11,09 cm²Mô - đun,MAACác mô-đun được xử lý được thực hiện dưới quét ngược 22.87%củaPCE(Ổn địnhPCEvì22.48%(HọVocvì5,952 V、Độ dày 4,70 mA cm⁻²、FF 81,75%Và thể hiện tính tái hiện tốt. Mô- đunChỉ số Hvì1.48%Nhóm đối chiếu là2,61% [S5]。

◦ Mô-đun diện tích lớn: Vùng Đất Khắc NghiệtNo Man's Land (113.00 cm²(Trên mô - đun,MAAThiết bị xử lý cũng được thực hiện. 20.18%củaPCE。

Hình 6b. Đường cong J-V của PSC vô địch cho điều khiển và MAA

Hình 6c. Đường cong I-V của PSM vô địch không có hoặc có sửa đổi MAA (diện tích khẩu độ 11,09 cm2, 5 tế bào phụ)

Hình 6f. Đường cong I-V của PSM vô địch với sửa đổi MAA (diện tích khẩu độ 113,00 cm2, 14 tế bào phụ)

Trong đo lường hiệu quả của pin mặt trời,Công nghệ EnliTechcủaHệ thống SSX AM1.5GMô phỏng ánh sáng mặt trời quang phổ tiêu chuẩnCung cấpỔn định và chính xácHệ thống AM1.5GNguồn sáng, của nó A+Lớp phổĐảm bảo các loại pin mặt trời mới (như perovskite)/Thông số kỹ thuật sản phẩm: - Type: Digital Multifunction Imaging System - Standard Functions: Copy, Print (

Hiệu suất lượng tử bên ngoài(EQE)Quang phổ

EQEĐo phổ được sử dụng đểĐánh giá hiệu quả của thiết bị trong việc chuyển đổi photon tới thành electron (dòng điện) dưới các bước sóng ánh sáng khác nhau. Nó có thể kiểm traJ-VĐo lường kết quảCơ quanCác giá trị và cung cấp các thuộc tính đáp ứng của thiết bị trong các phạm vi quang phổ khác nhau.

Kết quả cho thấy, thiết bịEQETích phân quang phổ Cơ quanGiá trị là23,73 mA cm⁻², vớiJ-VKết quả đo là phù hợp.(Hình S24)

Để phân tích hiệu suất lượng tử của pin mặt trời,Công nghệ EnliTechcủaSản phẩm QE-RHệ thống đo lường hiệu quả lượng tửLà toàn cầu.1,000Nhiều bài viếtSCISự lựa chọn đáng tin cậy của luận án. Nó cung cấp EQE / IQE / IPCE / SRKhả năng kiểm traCó. 300-2500 nmPhạm vi bước sóng rộngvàCao hơn99.5%Sự lặp lại。

Đặc điểm khác

Phân tích hình thái màng và cấu trúc tinh thể(SEM, AFM, XRD, GIWAXS) Đánh giáMAAẢnh hưởng đến cấu trúc vi mô của màng perovskite.MAASau khi giới thiệu kích thước hạt từTừ 199 nmTăng lên.386 nmĐộ nhám của màng mỏng giảm,(100)Xu hướng ưu tiên tinh thể được tăng cường và căng thẳng kéo dư được giảm đáng kể.(Hình 2a-i)

Phân tích động lực tàu sân bay(PL, TRPL, FLIM) Đánh giá hiệu ứng thụ động khiếm khuyết so với đặc tính truyền tải điện tích.MAASau khi xử lýPLSức mạnh được tăng cường đáng kể, tuổi thọ tàu sân bay từ366,9 nsMở rộng đến867.1 ns，FLIMHiển thị hiệu quả trích xuất điện tử của giao diện được nâng cao.(Hình 4d-f)

Có thể mang điện thế cấu trúc và bề mặt(UPS, KPFM) phân tíchMAAĐiều khiển tác dụng động đối với việc căn chỉnh mức năng lượng.MAAĐiều trị làm cho chức năng công việc di chuyển lên, đáy dây dẫn di chuyển lên tương ứng, bộ phim xuất hiện mạnh hơnnĐặc điểm loại hình,KPFMHiển thị phân bố điện thế bề mặt đồng đều hơn, có lợi cho việc truyền tải điện tích.(Hình 4a-c)

Giám sát thời gian thực Crystal Dynamics(Kính hiển vi quang học tại chỗ,Địa điểmPL) theo dõiMAACơ chế điều khiển quá trình kết tinh.MAAtrì hoãn đáng kể tỷ lệ kết tinh, mở rộng cửa sổ quy trình, ủ trong quá trìnhPLCường độ tiếp tục nâng cao cho thấy chất lượng màng mỏng được cải thiện.(Hình 3a-h)

Xác minh tính toán lý thuyết(DFT) Giải thíchMAACơ chế phân tử của sự ức chế khiếm khuyết. Hiển thị kết quả tính toánMAASự hình thành khiếm khuyết chỗ trống sau khi hấp thụ có thể được cải thiện, ức chế hiệu quảVPb、VI、VFACác khuyết điểm được hình thành.(Hình 4h)

Ổn định nhiệt và chống oxy hóa(Nhiệt độ tại chỗXRD,Phân tích khối phổ) Đánh giáMAATác dụng bảo vệ sự ổn định của vật liệu.MAANhiệt độ phân hủy nhiệt màng từ160 ° CNâng lên180 ° CHoàn nguyên.Số I2vìTôi⁻Khả năng ức chế oxy hóa tiền khu một cách hiệu quả.(Hình 5a-i)

Ổn định hoạt động lâu dài(Quang nhiệt/Kiểm tra nhiệt ẩm) Xác minh độ bền của thiết bị gói trong môi trường ứng dụng thực tế. Trong điều kiện quang nhiệt1120Giữ nó sau một giờ.94.5%Hiệu quả, trong điều kiện nóng ẩm550Giữ nó sau một giờ.95.6%Hiệu quả.(Hình 6g-h)

kết luận

Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành côngHạt chia organic (MAA) Chiến lược phụ gia chức năng képHệ thống giải quyết các thách thức kiểm soát kết tinh và ổn định môi trường trong sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời perovskite trên diện rộng.

Đột phá công nghệ cốt lõi:

1. Tối ưu hóa động lực tinh thể：MAAtrì hoãn tốc độ kết tinh và mở rộng cửa sổ quy trình, kích thước hạt từTừ 199 nmTăng đáng kể386 nm，(100)Xu hướng ưu tiên tinh thể tăng cường, ứng biến còn sót lại giảm bớt trên diện rộng.

2. Thụ động khiếm khuyết hiệu quả cao:Carrier Life Từ366,9 nsMở rộng đến867.1 ns，Sản phẩm PLQYTừ0.25%Nâng lên0.94%，DFTTính toán xác nhậnMAAỨc chế hiệu quả sự hình thành khiếm khuyết chỗ trống.

3. Có thể điều khiển và truyền tải điện: Chức năng công việc từ4,85 eVĐiều chỉnh4,64 eV,Hướng dẫn di chuyển lên trênnĐặc điểm loại, phân bố điện thế bề mặt đồng đều hơn, hiệu quả chiết xuất điện tử giao diện được nâng cao.

4. Tăng cường ổn định môi trường: Nhiệt độ phân hủy nhiệt từ160 ° CNâng lên180 ° CTrên đây,MAAĐặc tính giảm có hiệu quả ức chế quá trình oxy hóa tiền thân và tăng cường sự ổn định bản chất của vật liệu.

5. Hiệu suất thiết bị:

• Khu vực nhỏPSCĐạt được25.52%Hiệu quả cao

• 11,09 cm²Thực hiện mô-đun mini22,87% PCE(Hiệu quả ổn định22.48%）

• 113.00 cm²Mô-đun diện tích lớn Đạt20,18% PCE

Hiệu suất ổn định lâu dài tuyệt vời: Điều kiện quang nhiệt1120Giữ nó sau một giờ.94.5%hiệu suất,Điều kiện nóng ẩm550Giữ nó sau một giờ.95.6%hiệu suất

Tài liệu tham khảo từ Advanced Energy Materials_DOI: 10.1002/aem.202502193

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