خلفية البحث و النقاط الصعبة

على الرغم من أن الخلايا الشمسية بيروفسكيتفتح دائرة الجهد لا تزال متخلفة عن نظريةشوكلي كويسرحد .يصبح عنق الزجاجة الرئيسية التي تحد من تحسين الكفاءة . وتشمل الأسباب الرئيسية لفقدان الجهد ما يلي :عدم تطابق طبقة الطاقة والإفراط في nonradiative التركيب في واجهة الحرجةولا سيما في الهياكل التقليدية ،سنو 2عدم التنسيق على سطح طبقة النقل الإلكترونيSn2+ (Sn-OH)تشكيل موقع فخ الضحلةمما يضر بشدة كفاءة النقل الإلكتروني . هذه العيوب لا تقلل من أداء الجهاز ، ولكن أيضا تسريع تدهور بيروفسكيت في البيئة الحرارية والرطوبة ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار على المدى الطويل .

فريق البحث و النتائج الهامة

هذا اختراق البحث يتكون منالبروفيسور لى قانغ ، جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية(غانغ لي) وكوان ليوأستاذجينياو تانغ教授جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجياميلز HKU-سيريبالتعاون مع العلماء ، ونشرت في المجلاتو … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .المواد المتقدمةق，فيسنو 2الذاتي تجميعها amphiphilic فوسفونات المشتقات التي شيدت بنجاح من قبل دفن واجهة بيروفسكيت )ميوبت-بويت( قالب لأنّ بلورة مدفوعة بيروفسكيتليس فقط أنها ابتكار طرقنمو بلورات بيروفسكيت، وأيضا على نحو فعالواجهة عيب هو تخميلها و مستوى الطاقة المحاذاة هو الأمثل .حل جذريVOCمشكلة الخسارة .

ملخص نتائج البحث الرئيسية

اختراق أداء الجهاز مع خسارة الجهد المنخفض جدا :فريق البحث بنجاح تحويل الخلايا الشمسية بيروفسكيت(PSC)الفتح دائرة الجهد1.23 فولت، وفقدان الجهد فقط0.306 فولت，تصل إلى الحد النظري1 ف - 4هل أنت بخير ؟ - نعم -هذا هو خسارة منخفضة للغاية في جميع نظم بيروفسكيت . . . . . . . تنفيذ الجهاز1 ف - 4كفاءة تحويل الطاقة, يختبر جانبا معيار شمس ضوء محاكي ,جي - فيليس هناك تأثير واضح التباطؤ في منحنى .

الاستقرار على المدى الطويل :تحت ظروف اختبار قاسية )65 درجة مئوية、5%الرطوبة النسبية (PSCالT92مدى الحياة1200ساعة .ومن الواضح أن تحسين الاستقرار على المدى الطويل في بيئة حرارية ورطبة .

دقة التحكم في التوجه الكريستال :ميوبت-بويتقالب تشكيل هيكل supramolecular عالية التوجه من خلال التجميع الذاتي ،يفضل تشكيل بيروفسكيت(100)اتجاه الكريستالمنتدىجيواكساختبار يؤكد هذا التوجه الأمثل ،DFTحساب عرض قالب(100)الكريستال الطاقة الملزمة-0.94 إيفولتمنتدى

كفاءة عالية واجهة عيب التخميل مع مستوى الطاقة المحاذاة :ميوبت-بويتالجزيءنشط التخميلسنو 2الأكسجين الشواغر في بيروفسكيتPb2+عيبارتفاع عزم ثنائي القطب(1.89 د)تنسيق مستوى الطاقة واجهة المحاذاة .0.24 إيفولتانخفض-0.03 إيفولتمنتدىإكس بي إسوقد أكدت نتائج قوية التنسيق والتفاعل ،PV-SCLCقياس كثافة عرض فخ الدول من1.02 × 10 ^ 16انخفض0.66 × 10 ^ 16 سم ^ -3منتدى

الأمثل ديناميات الناقل :هذه الاستراتيجية يمكن أن تمنع بشكل كبير من غير إعادة التركيب الإشعاعي وتحقيق الجهد المنخفض جدا الخسارة . وتشمل العروض الرئيسية ما يلي :

• كفاءة الكم الخارجي electroluminescenceالانتخاباتمن .2.73%رفع1 ف - 4، وفقدان الجهد غير المشعة من93.1 ميلو فولتانخفض58.8 ميلو فولت

• الذرات الكم العائد(PLQY)من .1 ف - 4رفع1 ف - 4

• تقسيم مستوى فيرمي(QFLS)ويبين التحليل أن فقدان الطاقة من62 ميفولتانخفض34 ميفولت

• تسلسل تمهيديوقد أثبتت القياسات أن كفاءة الاستخراج الإلكتروني قد تحسنت ،TPV / TPCالتحقق من صحة قياس الحد من تكوين الناقل ، وتحسين كفاءة النقل

الخطوات العملية التجريبية

الشكل S1

1.النجاح في تجميع مفتاح واجهة منظمميوبت-بويت

فريق البحث بنجاح تجميع amphiphilic phosphonates المشتقاتميوبت-بويتجزيء يتكون من benzothieno جامدة[3,2-ب]بنزو ثيوفين(BTBT)هيكل عظمي ومرنة فوسفونات ألكيل الذيل ممتازة التجميع الذاتي الممتلكات .

2.تحققميوبت-بويتالتجميع الذاتي والاستقرار

الحصول عليها عن طريق تبخر المذيباتميوبت-بويتالكريستال واحد وتحليل البيانات .تحليل مقياس الثقل النوعي الحراري(TGA)تقييم الاستقرار الحراري，مسعر المسح التبايني(DSC)التحقق من درجة حرارة الغرفة العامة خصائص الجزيئات الضخمةمنتدىفي الموقعإكسحيود الأشعة السينية(XRD)طيفيمن خلال رصد تطور البنية البلورية رقيقة الأفلام في عملية التلدين الحراري ، فإنه يمكن التأكد من أن الجزيئات يمكن تجميعها تلقائيا في درجة حرارة الغرفة على شكل أمر للغاية 2D الكريستال واحد شكل القالب .

3.وضع الأساس النظري للتفاعل بين الجزيئات و بيروفسكيت

استخدامنظرية الكثافة الوظيفية(DFT)حسابتقييمميوبت-بويتمع .FAPbI3بيروفسكيت في مختلف الأسطح البلورية((100)、(110)、(111))التفاعل مع(100)الكريستال سطح التفاعلعن طريقDFTحساب الجهد الكهربي(ESP)تقييم عزم ثنائي القطب الجزيئي ، وإثبات إمكانية تعديل السطح البيني .

4.إعداد عالية الأداء perovskite الخلايا الشمسية

حسب المعاييرn-i-pهيكل(FTO / SnO2 / MeOBTBT-POET /بيروفسكيت/ spiro-OMeTAD / Au)إعداد الأجهزة :

1. الركيزةسنو 2 ETLإعدادسحرية التنفيذتنظيف الزجاج و الأشعة فوق البنفسجية-بعد العلاج بالأوزون ، تدور طلاءسنو 2الحل200 درجة مئويةصلب60دقيقة

2. ميوبت-بويتواجهة تعديلفي صندوق القفازات ، تركيزات مختلفة منميوبت-بويتتدور طلاء كلور البنزين الحلسنو 2 ETLأعلى

3. إيداع خام الكالسيوم والتيتانيومإعدادCs0.03 (FA0.97MA0.03) 0.97Pb (I0.97Br0.03) 3السلائف الحل(فجوة~ 1.53 eV)، تدور بعد الطلاء علىالتحكم في الرطوبة(20-30٪ RH)البيئة100 درجة مئويةصلب60دقيقة

4. HTLإعداد الكهربائي: بدوره تدور طلاءبابروسبيرو-أوميتادالحل100 درجة مئويةصلب10دقيقةترسب التبخير الحراري80 نانومترسميكأووقطب كهربائي ' .

الشكل 1(أ)

تقنيات التمثيل والنتائج

تقسيم مستوى فيرمي(QFLS)الذرات كفاءة الكم(PLQY)توصيف النتائج

بلكيهو مؤشر على سلوك الخلايا الشمسية تحت ظروف الدائرة المفتوحة ،PLمن المهم جدا لتحقيق أعلى البصرية الجهد .QFLSيستخدم التحليل في مزيد من التحقيق في تهمة إعادة التركيبV_OCخسارة الآلية . قياسسنو 2إن الذرات كثافة بيروفسكيت شبه مغلفة العينات التي تم الحصول عليها .QFLS = qV_OC، rad + k_Bتيln (PLQY)حساب مستوى فيرمي تقسيم . سوتراميوبت-بويتتعديلسنو 2شبه مغلفة عينة بيروفسكيتبلكيزيادة كبيرة من1 ف - 4إضافة إلى1 ف - 4فقدان الطاقة المقابلةΔ (V_OC، rad - QFLS)من .62 ميفولتخفضت إلى حد كبير34 ميفولتمنتدىQFLSالتحليل يؤكد أنمنخفضة جداV_OCالخسارة تعزى أساسا إلىسنو 2القضاء على نحو فعال غير الإشعاع مركب في دفن واجهة بيروفسكيتمنتدى

الرسم البياني4دتظهر ما إذا كان هناكميوبت-بويتتعديلسنو 2الذرات كفاءة الكم من عينة شبه مغلفة بيروفسكيت )بلكي. لا

الرسم البياني4هـوأظهرت المجموعة الضابطةBIMتقسيم مستوى فيرمي شبه للمجموعات )QFLSتحليل النتائج .

طاولةS5ملخصV_OCتحليل الخسارة .

ضوء آخر نشر العلم والتكنولوجيا يانQFLS-خرائطتحليل المواد المحتملة الحد الأعلى !

إنليتش QFLS-Maperتسمح لكتنافسية1 / 5ميزة التكلفةالقدرة على رسم الخرائط والتوزيع المكانيQFLSتقنية التصويرعرض واضح شبه متر مستوى التوزيع المكاني ، حتى أن نوعية المواد في لمحة !

تتبع ديناميات لدينا ، والحصول على أولتكنولوجيا المعلومات !

تيار كهربائي-الجهد )جي - فيمنحنى

على مستوىAM 1.5 جتحت الإضاءةEnliTechالSS-Xضوء الشمس محاكاةإلى الأمام وعكس المسح الضوئي(1.25إلى-0.2 فولت)تقييم تأثير التأخر ، تأخير الوقت100 ميلمنطقة الاختبار0.04 سم مربعمنتدى

تعديل واجهة دفن(BIM)تحسن كبير في أداء الخلايا الشمسية بيروفسكيت ،أقصى كفاءة تحويل الطاقة1 ف - 4فتح دائرة الجهد1.23 فولتدائرة كهربائية قصيرة الكثافة الحالية25.10 ميلا أمبير سم^-2عامل شغل1 ف - 4جهاز التحكمPCEفي1 ف - 4فتح دائرة الجهد1.197 فولتدائرة كهربائية قصيرة الكثافة الحالية25.08 ميلا أمبير سم^-2عامل شغل1 ف - 4منتدى

الفجوة الفرقة1.536 إيفولتبيروفسكيتفقدان الجهد فقط0.306 فولتنظرية الوصولشوكلي كويسرحد1 ف - 4منتدىجي - فيقياس عرضلا واضح تأثير التباطؤمنتدى

الرسم البياني4 أسالمجموعة الضابطة التي أظهرت الأداء الأمثل )التحكمتضمين تعديل واجهة )BIMمكوناتجي - فيمنحنى .

طاولة1 الخصائص الضوئية ملخصة .

كفاءة الكم الخارجي )EQEطيف

إستعمالEnlitech QE-Rالنظامجهاز قياس الفوتونات في أطوال موجية مختلفة-كفاءة التحويل الإلكتروني210 هرتزالمروحية ضوء أحادي اللون ، مجموعة الطول الموجي300-850 نانومتردائرة كهربائية قصيرة الكثافة الحالية تبقى ثابتة تقريبا في تركيزات مختلفة .25.1 ميلا أمبير سم^-2معEQEالطيفية جزءا لا يتجزأ من قيمة عالية(خطأ1%عن طريقEQEأول حساب التفاضل الطيفيFAالضوئية ذات فجوة الحزمة على أساس بيروفسكيت(E_gPV)تقريبا1.536 إيفولتمنتدى

الرسم البياني4 بوأظهرت المجموعة الضابطةBIMمكونات المجموعةEQEالطيف .

الرسم البيانيS26عرض آخرEQEأول الفرق في الطيف الضوئية المستخدمة لتحديد الفجوة الفرقة .

جريدة الخارجية كفاءة الكمإيكيل

تكميم perovskite الخلايا الشمسية تحت تأثير إيجابيالصمامnonradiative فقدان المركبة في عملية التحليلV_OCخسارة الآلية . إستعمالإنليتيك LQ-100نظام قياس كفاءة الكم الذراتإجراء القياسات .BIMمكونات25.1 ميلا أمبير سم^-2حقن الحاليةEQE_ELزيادة كبيرة في1 ف - 4أعلى بكثيرالسيطرة على المجموعة2.73%المراسلاتغير الإشعاع فقدان مركب93.1 ميلو فولتخفضت إلى حد كبير58.8 ميلو فولتمعجي - فياختبارV_OCتعزيز النتائج متسقة ، مما يدل على أن هذه الاستراتيجيةتمنع بشكل فعالسنو 2nonradiative تكوين واجهة دفن بيروفسكيت، وهذا هو تحقيق منخفضة جداV_OCخسارة الآلية الرئيسية .

الرسم البيانيS27عرضEQE_ELبوصفها وظيفة من حقن الكثافة الحاليةBIMمكونات المجموعةمنتدى

اختبار الاستقرار التشغيلي على المدى الطويل )ISOS-L-3و

تقييم الاستقرار على المدى الطويل من الخلايا الشمسية بيروفسكيت تحت الإجهاد الحراري والرطوبة الإجهاد ، وتقييم الجدوى التجارية من الجهاز . سوتراBIMتجهيز الجهاز65 درجة مئويةعملية1228بعد ساعات ، لا يزال يحتفظ الأوليPCEال9%فوقأفضل بكثير من السيطرة على المجموعة . ويعزى هذا الاستقرار المعزز إلى القضاء الفعال على العيوب السطحية ومقاومة الرطوبة .

الرسم البياني4جعرضISOS-L-3المجموعة الضابطةBIMنتائج اختبار الاستقرار التشغيلي على المدى الطويل .

خصائص أخرى

• Xالأشعة السينية الضوئية الطيفي )إكس بي إسق研究سنو₂طبقة النقل الإلكتروني )ETLو perovskite دفن واجهة .تأكيدسنو₂الأكسجين الشواغر و عدم التنسيق في بيروفسكيتبي بي^2سعفوية التخميل من العيوب . الرسم البياني3 أو(ب)و(ج)و

سطيف الأشعة فوق البنفسجية الضوئية )UPSقتقييم هيكل الفرقة في الإلكترون انتقائية واجهة . سوتراميوبت-بويتبعد التعديلسنو₂وظيفة عمل4.16 إيفولتانتقل إلى3.82 إيفولتالإلكترون استخراج الطاقة من الحاجز0.24 إيفولتانخفض-0.03 إيفولتمنتدىالرسم البيانيثلاثي الأبعادو(هـ)و

سالوقت حل الذرات )تسلسل تمهيديقواجهة تهمة نقل حركية و كفاءة الاستخراج من تهمة الانفصال تم دراستها . عمر الناقل من تعديل بيروفسكيت381.7 نستقصير183.9 نسكفاءة الاستخراج الإلكتروني هو تحسين .الرسم البياني3وو

سالرعي زاوية السقوطإكستشتت أشعة )جيواكسقالتوجه الكريستال بيروفسكيت رقيقة تم تحليلها . تعديل بيروفسكيت(100)الكريستال سطح تركيز عالية على طول اتجاه خارج الطائرة ، وتحقيق النمو الأمثل التوجه .الرسم البياني2بو(ج)و

سنظرية الكثافة الوظيفية )DFTحسابقوة التفاعل بين الجزيئات و مختلف الأسطح البلورية بيروفسكيت يقدر .ميوبت-بويتمع .(100)سطح الكريستال ملزمة(-0.94 eV)عزم ثنائي القطب الجزيئي1.89 دالمنتدىالرسم البياني2Dو(هـ)و

• Xحيود أشعة )XRDطيفالكريستال هيكل وتطور التوجه بيروفسكيت تم رصدها . في الموقعXRDثبت الصلبة-الصلبة مرحلة التحول ، تعديل(100)/(111)نسبة كثافة الذروة5.87زيادة8.65منتدىالرسم البياني1بو

سمجهر مسح بالإلكترون )سيمقملاحظة الخصائص المورفولوجية بيروفسكيت الأفلام . حجم كبير من تعديل بيروفسكيت يعزى إلى تأخر عملية التبلور على سطح مسعور .الرسم البيانيS18و

سشدة الضوء-علاقة الجهد الدائرة المفتوحة :تحديد العوامل المثالية و مركب آلية .BIMالجهاز عامل مثالي1.12مجموعة مراقبة1.38تهمة إعادة التركيب هو أقرب إلى حالة مثالية .الرسم البيانيS29و

سعابر الجهد البصريوتيار ضوئي )TPV / TPCقالناقل التركيب والنقل حركية يتم الكشف عنها .TPVتسوس الوقت61.87 ميكرو ثانيةتمديد133.34 ميكرو ثانيةوTPCتسوس الوقت0.86 ميكرو ثانيةتقصير0.73 ميكرو ثانيةمنتدىالرسم البيانيS30و

سنبض الجهد-مساحة تهمة الحد الحالي )PV-SCLCقتقدير كثافة الإلكترون الفخاخ في بيروفسكيت . . . . . . . فخ كثافة الدول1.02 × 10¹⁶ سم^-3انخفض0.66 × 10¹⁶سم^-3فخ الدول انخفضت بشكل ملحوظ .الرسم البيانيS31و

سمورت-تحليل شوتكي والتوصيل الحراري الطيفي )تاسقتقدير كمي فخ الدولة وتوزيع الطاقة المدمج في الجهد . بنيت في الجهد من1.06 فولترفع1.10 فولتكثافة محاصرة الدول في مستوى عميق يقلل من حجم النظام .الرسم البياني4ووS32و

الاستنتاج

البحث والتطوير بنجاحتضمين استراتيجية السيطرة على واجهة، وذلك باستخدام التجميع الذاتيمذبذب استر الفوسفات المشتقةميوبت-بويتفيسنو₂والكريستال نموذج القيادة بنيت على واجهة perovskite ، والتي يمكن أن تحسن بشكل ملحوظ أداء perovskite الخلايا الشمسية .

سأداء الجهاز :تحقيق فريق البحث1 ف - 4كفاءة تحويل الطاقة1.23 فولتفتح دائرة الجهدعن1.536 إيفولتفجوة بيروفسكيت ، وفقدان الجهد فقط0.306 فولت，تصل إلى الحد النظري1 ف - 4منتدى

سبلورة دقيقة التنظيم الأمثل مع الناقل :عالية الاتجاه قالب الجزيئات الضخمةيفضل تشكيل بيروفسكيت(100)التوجه الخارجيتعزيز عمودي تهمة النقل .ميوبت-بويتال1.89 دالعزم ثنائي القطب واجهة التوافق التوافق ،الإلكترون استخراج حاجز0.24 إيفولتانخفض-0.03 إيفولتعمر الناقل من381.7 نستقصير183.9 نسمنتدى

سكفاءة عالية واجهة عيب التخميلالاستراتيجيةنشط التخميلسنو₂الأكسجين الشواغر بيروفسكيتبي بي^2سعيبومن الواضح أن تثبيط الإشعاع غير معقدة . كفاءة الكم الخارجي electroluminescence2.73%رفع1 ف - 4كفاءة الكم من الذرات1 ف - 4زيادة1 ف - 4فخ كثافة الدول1.02 × 10¹⁶انخفض0.66 × 10¹⁶سم^-3منتدى

سممتاز الاستقرار على المدى الطويل :في الصحافة الساخنة(65 درجة مئوية)الرطوبة(50٪ RH)حالة الجهازتي₉₂مدى الحياة1200ساعة .، ويعزى ذلك إلى القضاء على عيوب فعالة وممتازة مقاومة الرطوبة .

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