الإنجازات البحثية والتركيز

بيروفسكيت الخلايا الشمسية(PSCs)زيادة كبيرة في الكفاءة ، ولكن فتح دائرة الجهد(VOC)لا يزال أقل من الحد النظري . هذا يرجع أساسا إلى مستوى الطاقة وعدم تطابق واجهة رئيسيةسنو₂وبيروفسكيت دفن واجهة العيب من دفن واجهة هو المشكلة الرئيسية .PSCsمفتاح الأداء .

المجلة الدولية الرائدةالمواد المتقدمة (Adv. Mater.)بحثجامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية )عصابة ليأستاذكوان ليوفريق الأساتذةوجامعة هونغ كونغجينياو تانغأستاذلي مينغأستاذ مشارك في الفريقالقيادة المشتركة . استهدفVOCمشكلة الخسارة ، وتطوير نوع من الابتكاردفن واجهة التحكم(تنظيم واجهة مدفونة، BIM)استراتيجيةمن خلال نوع معين منالتجميع الذاتي amphiphilic phosphonates المشتقات(MeOBTBT-Poet)فيسنو₂وبناء واجهة دفن بيروفسكيت" بيروفسكيت كريستال مدفوعة قالب "هذا القالب يمر من خلال-التجميع الذاتي في المرحلة الصلبة مرحلة التحول إلى درجة عالية من التوجه supramolecular الهيكل .

المفاهيم الأساسية وآلية العمل- التركيز على البحوثميوبت-بويتقالب الجزيئات الضخمة تلعب دوراً رئيسياً في واجهة متعددة الدفن :

سبفعل النمو البلوري الأمثل: تعزيز تشكيل بيروفسكيت الأمثل للغاية نحو الخارج(100)اتجاه الكريستال ، والتي هي مواتية الناقل النقل الرأسي .DFTحساب عرض(100)سطح التفاعلو0.94 eV)منتدى

سمستوى الطاقة الأمثل محاذاة الناقل استخراجعزم ثنائي القطب(1.89 د)ضبط واجهة مستوى الطاقة من أجل استخراج الالكترونات من حاجز0.24 إيفولتانخفض-0.03 eV14تسريع نقل الناقل .

سنشط عيب التخميل: التركيب الجزيئي يمكن أن تكون " إيجابية " التخميلسنو215بيروفسكيت16واجهة يمكن أن تمنع بشكل فعال nonradiation التركيب .

نتائج البحوث الرئيسية

سكفاءة تحويل الطاقة(PCE)وصل1 ف - 4عاليةPCEمنتدى

سخسارة الجهد المنخفض جدا(عجز المركبات الجوية)ستحقيق أعلىVOC 1.23 فولتعن1.536 إيفولتفجوة بيروفسكيت ،VOCالخسارة فقط0.306 فولتتصل إلى الحد النظري1 ف - 4منتدى

سكفاءة عالية تثبيط الإشعاع غير معقدة :

○ كفاءة الكم الخارجي جريدة(EL-EQE)زيادة كبيرة في1 ف - 4منتدى

سالذرات كفاءة الكم(PLQY)رفع1 ف - 4منتدى

ستقسيم مستوى فيرمي(QFLS)خسارة من62 ميفولتإلى حد كبير34 ميفولتتأكيد منخفضة جداVOCالخسارة تأتي أساسا من القضاء على الإشعاع غير معقدة . فخ الكثافة انخفضت بشكل ملحوظ .

سممتازة على المدى الطويل الاستقرار التشغيلي : تحت ظروف الاختبار الصارم(ISOS-L-3: MPP، 65 درجة مئوية، 50٪ RH)تحقيق أكثر من1200ساعةT92عمر .

الشكل 4هـ

فريق البحث

المجلة الدولية الرائدة المواد المتقدمةصاحب البلاغ هوجامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية( أ )عصابة ليأستاذكوان ليو教授وجامعة هونغ كونغجينياو تانغ教授منتدى

هذا التعاون البحثي الهام يجمع بين القوة الأكاديمية من جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية وجامعة هونغ كونغ ، جنبا إلى جنب مع فريق البحث من الجامعة الصينية في هونغ كونغ ، وشنتشن ، الجامعة الصينية في هونغ كونغ ، وغيرها من المؤسسات الأكاديمية ، من أجل تعزيز أداء الخلايا الشمسية perovskite القضايا الرئيسية التي تم استكشافها بعمق وفعالية .

خلفية البحث

سفتح دائرة الجهد(VOC)خسارة كبيرة: على الرغم من زيادة الكفاءة ،PSCsالVOCلا تزال متخلفة عن نظرية الحد .

سnonradiative مركب خسارة الوصلات الرئيسية: هذا هو السببVOCواحدة من الأسباب الرئيسية للخسارة . خاصةسنو₂ودفن واجهة بيروفسكيتالعيوب التي يمكن أن تؤدي إلى تفاقم خطير غير المشعة .

سالعيوب المتأصلة في دفن واجهةسسنو₂طبقة النقل الإلكتروني(ETL)عدم التنسيق على السطحSn2+ (Sn-OH)سوف تشكل الفخاخ الضحلة التي تعوق التفاعل بين بيروفسكيتETLكفاءة النقل الإلكتروني . عيوب بيروفسكيت نفسها ، مثل عدم التنسيقPb2+المشكلة أيضا . العيوب العميقة هي المركز الرئيسي nonradiative التركيب .

سواجهة مستوى عدم تطابقسسنو₂و perovskite قد تكون موجودة في استخراج الإلكترونونقل الطاقة حاجز لا يفضي إلى فعالية نقل الناقل .

سالحد من واجهة التقليدية التخميلعلى الرغم من أن جزءا لا يتجزأ من واجهة تعديل ( على سبيل المثال ، باستخدام التجميع monomolecular طبقة )SAMsأو جسر الجزيئية ) تعتبر استراتيجية تعاونية لحل العيوب ، وتعزيز واجهة الاتصال ومستوى الطاقة المحاذاة .VOCمنتدى

سإهمال ترتيب الجزيئات و قالب التفاعل في واجهةالدراسات السابقة على واجهة الإدراج طبقات قد دفعت القليل من الاهتمام إلى ترتيب وتوجيه هذه الطبقات الجزيئية ، فضلا عن دورها كقالب في السيطرة على تشكيل بلورة بيروفسكيت الأفلام .

سواجهة العيوب تؤثر على الاستقرارمجمع مراكز والعيوب في واجهة أيضا تسريع تدهور بيروفسكيت تحت الحرارة والرطوبة الضغط .

الشكل 3 د

حلول

فريق البحث بتطوير وتطبيق مبتكرةدفن واجهة التنظيم(BIM)اوتتمثل الاستراتيجية الأساسية فيما يلي :

1.بناء قالب القيادة بيروفسكيت كريستالفيسنو₂طبقة النقل الإلكتروني(ETL)دفن واجهة بين طبقة خام الكالسيوم والتيتانيوم طبقة .التجميع الذاتي amphiphilic phosphonates المشتقات(MeOBTBT-Poet) المواد الصلبة-المرحلة الصلبة مرحلة التحول ، وتشكيل عالية موجهة supramolecular القالب .

2.وظيفة متعددة من المواد supramolecularهذاميوبت-بويتتلعب الجزيئات أدوارا رئيسية متعددة في الوصلات :

سبفعل النمو البلوري الأمثل: قالب يمكن أن تدفع بيروفسكيت الأولوية على طول(100)اتجاه الكريستال تنمو في اتجاه الطائرة الخارجي . . . . . . . هذا هو السببميوبت-بويتمع .(100)الكريستال سطح التفاعل ، وتوفير القوة الدافعة الحرارية .

ستحسين مستوى الطاقة محاذاة وتعزيز استخراج الناقلعزم ثنائي القطب الجزيئي(1.89 د)واجهة التحكم في مستوى الطاقة ، والحد من استخراج الإلكترونونقل الإلكترون من بيروفسكيت على نحو أكثر فعالية .سنو₂طبقة .

سنشط عيب التخميل: مختلفة من الطريقة التقليدية السلبي التخميل ،ميوبت-بويتإن functionalized جزء من التركيب الجزيئي ( وخاصة phosphonate المجموعة ) يمكن أننشط التخميلسنو₂عدم التنسيق على السطحسن2+العيوب ، مثل عدم التنسيقPb2+التفاعلات الكيميائية التي تحدث ، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال nonradiative فقدان مركب من واجهة .

الشكل 2ج

عملية التجربة والخطوات

1.إعداد الجزيئات الخاصةأولا ، فريق البحث من خلال مسار معين من التركيب الكيميائي ، إعداد خاص amphiphilic phosphonate المشتقة الجزيئية ، ودعاميوبت-بويتهذا الجزيء يحتوي علىBTBTالأساسية ومرنة ألكيل الذيل مع phosphonate المجموعة .

2.أسفلسنو₂إعداد طبقة النقل الإلكتروني: دراسة استخداموالزجاج هو الركيزة . بعد التنظيف ، أودعت طبقة من الطلاء بالتناوبسنو₂الحل . في وقت لاحقسنو₂الفيلم في الغلاف الجوي المحيط200 درجة مئويةالصلب العلاج .

3.ميوبت-بويتبناء قالب طبقة: بعد الصلبسنو₂ الركيزة هو نقلها إلى صندوق القفازات . سوف تكون جاهزةميوبت-بويتجزيء يذوب في كلور البنزين(كلوروبنزين، CB)المذيبات . هذه الجزيئات المستخدمة في طلاء بيروفسكيتDMF / DMSOالذوبان في المذيبات مختلطة منخفضة للغاية ، مما يضمن أن الخطوات اللاحقة لن تدمرميوبت-بويتطبقة . في وقت لاحقميوبت-بويتتدور على الحلسنو₂ نقل الإلكترون طبقة السطح . ووجدت الدراسة أن هذه الجزيئات يمكن أن تخترقالتجميع الذاتيمن خلالصلب-المرحلة الصلبة عملية التغييرتشكيلأمر عال قالب الجزيئات الضخمةحتى في درجة حرارة الغرفة ، وضعف التفاعل الجزيئي يساعد على تشكيل هيكل منظم . من خلال التدفئة60 درجة مئويةيمكن تسريع هذه المرحلة الانتقالية .

4.ترسب قالب بفعل تبلور طبقة من الكالسيوم والتيتانيوم: إعداد حل بيروفسكيت السلائف مع تكوين معين ، بما في ذلكFAIومابروماكليوPbBr2وPbI2وCSIحل فيDMF / DMSOمختلطة المذيبات . بيروفسكيت السلائف الحل تدور على تعديلميوبت-بويتالسنو₂الركيزة . بعد تدور طلاء ، في بيئة تسيطر عليها الرطوبة(20٪ -30٪ RH)الصلب تحت(100 درجة مئوية)في هذه العملية ، وشكلتميوبت-بويتقالب الجزيئات الضخمة" بيروفسكيت كريستال مدفوعة قالب "التي يسببها بيروفسكيت بلورات على طول اتجاه معينارتفاع يفضل التوجه نحو الطائرة الخارجي(100)التوجه البلوري (النمو والتبلور . كما لاحظت الدراسة أنميوبت-بويتالجزيئيةسنو₂وجود سطحالتفاعل الكيميائيمع عدم التنسيقسن2+التنسيق .

5.ترسب طبقة وظيفية لاحقةبعد تشكيل طبقة من الكالسيوم والتيتانيوم ، عينة يتم نقلها إلى حقيبة يد . تدور طلاء ثقب طبقة النقل بالتسلسل(BABr)وسبيرو-أوميتاد)الصلب .

6.إعداد قطب المعادن: وأخيرا ، عن طريق التبخر الحراري ، وترسب طبقة80 نانومترسميكة من الذهب الكهربائي ، والانتهاء من إعداد جهاز البطارية .

الشكل 1 ب

وصف نتائج البحث

كفاءة الكم الخارجي electroluminescence(إيكيل)شبه فيرمي تقسيم النظام(QFLS)تحليل .

استخدام فريق البحثإنليتيش LQ-100نظام قياس العائد الكم الذراتكفاءة الكم الخارجي electroluminescence ،(EL EQE)الطيف . على قدم المساواةالشركة المشتركةحقن الكثافة الحاليةإيكيلحساب القيمة الناجمة عن الإشعاع غير التركيبVOCخسارة . على أساس العائد الكم الذرات(PLQY)فتح دائرة الجهد الحد من الإشعاع(VOC، راد)تحليل العينات شبه بيروفسكيتQFLSمنتدىVOC، رادمن الجهازEQEالأطياف التي تم الحصول عليها عن طريق حساب مفصل التوازن النموذجي .

الرسم البيانيS27سإيكيلمنحنى .

الرسم البياني4دسبلكيالقيمة

الرسم البياني4هـسQFLSقيمة ΔVOC، راد- QFLS)القيمة .

بعد التحسينBIMجهازعرضإيكيلتحسن ملحوظ(10.29%)أعلى بكثير من السيطرة على الجهاز(2.73%)وهذا يدل على فقدان مركب غير مشع .( أ )ΔVOC، رقم = 58.8 mV)انخفاض ملحوظجي - فيقياسVOCالفرق هو نفسه . تعديل هيكل perovskite أظهرت أعلىPLQY(27.06% مقابل 9.09%)هذا أمر بالغ الأهمية لتحقيق البصرية عالية الجهد .QFLSتحليل العرضBIMفقدان الطاقة(VOC، راد-QFLS)انخفاض كبير(من .62 ميفولتإلى34 ميفولت)منتدىهذه النتائج تشير إلى أن انخفاضVOCالخسارة تعزى أساسا إلىسنو₂فعالية القضاء على nonradiative التركيب في دفن واجهةمنتدى

إنليتشالجيل الجديدخريطة QFLSأداة قياس قوية لاول مرة ! بسرعة فهم مزايا وعيوب المواد !

إنليتش QFLS-Maper，1 / 5سعر المعدات المتاحةرسم الخرائطوظيفة الانتاجصورة QFLSالتصور العام شبه متر مستوى الطاقة توزيع المواد في لمحة !

مشاهدة لنا للحصول على مزيد من المعلومات! يا إلهي

الكثافة الحالية-الجهد الكهربائي(ج-ف)منحنى خواص و كفاءة الكم الخارجي(EQE)طيفي

استخدام فريق البحثإنليتشالSS-X AM1.5Gمعيار محاكاة ضوء الشمسحملجي - فيقياس منحنىQE-Rنظام قياس كفاءة الكمقياس كفاءة الكم الخارجي(EQE)الطيف . باستخدام جهاز قياس المصدرجي - فيمنحنى . إلى الأمام وعكس المسح الضوئي تتم لتقييم تأثير التباطؤ . إستعمالEQEجهاز قياس النظام300-850 نانومتراستجابة طيفية في نطاق الطول الموجي .

الرسم البياني4 أسجي - فيمنحنى(الكثافة الحاليةمقابلالجهد الكهربائيومنتدى

الرسم البياني4 بسEQEطيفي(EQE)النسبة المئويةمقابلالطول الموجيومنتدى

طاولة 1سجدول موجز الضوئية المعلمات .

سوتراميوبت-بويتتعديلBIMالجهاز يظهر أداء أفضل بكثير من السيطرة الضوئية الجهاز .PCE (25.34% مقابل 22.81%)وVOC (1.23V مقابل 1.197V)وFF (82.28٪ مقابل 75.99٪)منتدىالشركة المشتركةمع .EQEجزءا لا يتجزأ من النتائج متسقة .EQEأطياف تعكس كفاءة استجابة الجهاز في أطوال موجية مختلفة . بعد التحسينBIMالجهاز يظهر أصغرجي - فيتأخر تأثير . هذه الرسوم البيانية والبيانات تثبت أن جزءا لا يتجزأ من واجهة تعديل يمكن أن تحسن إلى حد كبير كفاءة التحويل وانخفاضVOCدليل مباشر على الخسارة .

إكسمطياف الأشعة السينية الحيود(XRD)/الرعي زاوية السقوطإكستشتت الأشعة السينية(جيواكس)

رصدميوبت-بويتتطور البنية البلورية أثناء عملية التلدين الحراريميوبت-بويتفيسنو₂و التوجه الكريستال بيروفسكيت الأفلام رقيقة تم تحليلها .من خلال مجموعة متنوعة من تقنيات توصيف الهيكلية ،فريق البحثأكدميوبت-بويتفيسنو₂وهيكل الكريستال محددة يمكن تشكيلها في دفن واجهة بيروفسكيت و يفضل التوجه النمو بيروفسكيت يمكن أن يسببها بشكل فعال . الرسم البياني1بالرسم البياني2أالرسم البيانيS17و

إكسالأشعة السينية الضوئية الطيفي(XPS)

研究ميوبت-بويتمع .سنو₂بينميوبت-بويتو بيروفسكيت ، والتحقق من تأثير التخميل من واجهة .إكس بي إسالنتائج تؤكد صناعياميوبت-بويتليس فقط معسنو₂ وعلاوة على ذلك ، فإن التفاعل الكيميائي يحدث ، و التنسيق القوي مع الكالسيوم والتيتانيوم طبقة .فعالية التخميلسنو₂ الأكسجين الشواغر و عدم التنسيق في بيروفسكيتPb2+عيب .(الرسم البياني3 أ، ب، ج)

طيف الأشعة فوق البنفسجية(UPS)

تقييم الالكترونية واجهة انتقائية(SnO)₂وبيروفسكيتوهيكل الفرقةسنو₂بعد التعديلسنو₂وظيفة عمل بيروفسكيت الأفلام(وظيفة العمل)مستوى الطاقة الكلمات(قمة التكافؤEVBM,التوصيل السفليECBM)منتدىميوبت-بويتالداخلية السلبية عزم ثنائي القطبسنو₂ ويقابل رسالة العمل صعودا ،فإنه يسهل إلى حد كبير استخراج ونقل الإلكترون في واجهة .(الرسم البيانيثلاثي الأبعاد، هـ)

الوقت حل الذرات( TRPL )

واجهة تهمة نقل حركية هو درس و كفاءة الاستخراج هو تقييم قياس عمر الناقل . تنموميوبت-بويتتعديلسنو₂ إن perovskite الأفلام تظهر أقصر متوسط عمر الناقل(183.9 نس مقابل 381.7 نس)وهذا يدل علىالالكترونات من طبقات من الكالسيوم والتيتانيومسنو₂ETLاستخراج ونقل أكثر كفاءة .(الرسم البياني3و)

التوصيل الحراري الطيف(TAS)نبض الجهد الفضاء الحد الحالي(PV-SCLC)

تقدير كمي فخ الكثافة(Ntrap)و التوزيع على مستوى الطاقة ، وتقييم تأثير واجهة تعديل على تثبيط عيب الدول . نتائج العديد من التوصيف ميوبت-بويتتعديل يقلل من كثافة فخ الدول في واجهة(مستوى عميق عيبووعلاوة على ذلك ، nonradiation التركيب هو قمعها .(الرسم البياني4 و )

على المدى الطويل اختبار الاستقرار التشغيلي

الاستقرار على المدى الطويل من الخلايا الشمسية perovskite تعديل واجهة مباشرة تحت ظروف محاكاة قاسية تم التحقق منها .تحت ظروف الاختبارT92مدى الحياة 1200 ساعة .(الرسم البياني4 ز)

الاستنتاج

فريق البحث بنجاح تطوير وتطبيق استراتيجية تقوم على تضمين واجهة supermolecular العامة قالب .سنو₂ طبقة النقل الإلكتروني(ETL)عرض amphiphilic phosphonates المشتقات بينميوبت-بويتومن الواضح أن تحسين الأداء والاستقرار على المدى الطويل من perovskite الخلايا الشمسية .

1.ميوبت-بويتالتطور الهيكلي و قالب العمل: نتائج البحثميوبت-بويتالجزيئات يمكن أنسنو₂اختراق سطح صلب-الصلبة مرحلة التحول لتحقيق تجميع الجزيئات الضخمة ، تشكيلأمرت المدمجة بالقرب من هيكل الكريستال واحدهذه عملية التجميع الذاتي بمثابة قالب بلوري ،بنجاح حمل بيروفسكيت كريستال على طول الاتجاه الخارجي هو المفضل .(100)توجيه النموهذا يسهل النقل الرأسي من الناقلين في الجهاز .DFTالتحقق من الحسابميوبت-بويتبيروفسكيت(100)الكريستال سطح التفاعل(100)التوجه التفضيلي النمو يوفر المزيد من الديناميكا الحرارية القوة الدافعة .

2.فعالية تخميل واجهة العيوب :إكس بي إسالنتائج تثبت بقوةميوبت-بويتليس فقط النجاح موجودسنو₂سطحمع .سنو₂و الكالسيوم والتيتانيوم طبقات قوية التنسيق .فعالية تخميل هذا التفاعلسنو₂الأكسجين الشواغر(التعبير عن تثبيطSn - OHقمةوعدم التنسيق في بيروفسكيتPb2+واجهة عيب الكثافة انخفضت بشكل ملحوظ .

3.تحسين ترتيب نطاقات الطاقة مع تعزيز استخراج الناقل :ميوبت-بويتجزيء واضح عزم ثنائي القطب(1.89 د)عزم ثنائي القطب السلبي إلى الداخلسنو₂وظيفة الهجرة التصاعدي(من .4.16 إيفولتنقل3.82 eV)هذا التحول من الطاقة الفرقة يقلل بشكل كبير من نسبة بيروفسكيتسنو₂ETLاستخراج الإلكترونوانتقال حاجز(من .0.24 إيفولتانخفض-0.03 eV)，نقل الإلكترون و استخراج في واجهة هي تحسنت كثيرا .منتدى

4.غير الإشعاع مركب قمع مع تحسين ديناميات الناقل :من خلالتسلسل تمهيديعمر الناقل من تعديل بيروفسكيت الفيلم يصبح أقصر .(183.9 نس مقابل 381.7 نس)وأظهرت النتائج أن كفاءة الاستخراج الإلكتروني قد تحسنت .TPVعرض أطول وقت تسوس الجهد ،TPCعرض أعلى الناقل غير متوازن جمع أقصر وقت التوهين الحالية ، والتي تشير إلى فعالية نقل الناقل في واجهة أقل فخ مساعدة التركيب .إيكيلزيادة كبيرة ،بلكيزيادة كبيرة ،QFLSوأظهر التحليل انخفاض كبير في فقدان الطاقةعيب توصيف شامل(SCLC)وتاسوموت - شوتكي)ثبت أن كثافة فخ الدول ، ولا سيما على مستوى عميق العيوب ، انخفضت بشكل ملحوظ ، المدمج في إمكانات زيادة . هذهدليل موحد على النتائجميوبت-بويتتعديل يمنع الإشعاع غير التركيب في واجهة .منتدى

5.تحسن كبير في أداء الجهاز والاستقرار :الاستفادة من تأثير واجهة التحكم ، واستخدامميوبت-بويتتعديل واجهة دفنPSCsتحقيق جاندام1 ف - 4كفاءة التحويل الكهروضوئية(PCE)أقصى جهد الدائرة المفتوحة(VOC)وصل1.23 فولتوVOCالخسارة فقط0.306 فولتعلى مقربة من حدود النظرية1 ف - 4وبالإضافة إلى ذلك ، فإن استراتيجية تحسين الاستقرار على المدى الطويل من الأجهزة بشكل ملحوظ ، في إطار الجمع بين الإجهاد الحراري والرطب الشديد . . .(ISOS-L-3: MPP، 65سج، 50٪ RH)وT92مدى الحياة1200 ساعة .

المواد المتقدمة دوي : 10.1002 / adma.202418011

هذه المقالة هي عن إنليتش guangyan التكنولوجيا المستخدمة في البحث العلمي تقاسم الأكاديمية إذا كان هناك أي انتهاك ، يرجى الكتابة واسمحوا لنا أن نعرف