خلفية البحث

في عملية تحسين كفاءة perovskite مغلفة الخلايا الشمسية ، جزءا لا يتجزأ من واجهة الجودة أصبحت التكنولوجيا الرئيسية تقييد عامل . في هذه الورقة ، عنق الزجاجة التقنية جزءا لا يتجزأ من واجهة perovskite البطارية الفرعية هو بحث عميق ، والتي تهدف إلى حل المشاكل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة التحويل الكهروضوئية والاستقرار على المدى الطويل .

سالعيوب الهيكلية و التفاعلات الكيميائيةهناك عيوب هيكلية ضارة و التفاعلات الكيميائية في دفن واجهة من perovskite البطارية ، والتي يمكن أن تؤدي إلى إعادة التركيب الكيميائي غير المشعة الناقلين .

• PEDOT: PSSثقب طبقة النقل المستخدمة على نطاق واسع في الوقت الحاضر(HTL) PEDOT: PSSو hydroscopicity الحمضية يمكن أن يؤدي إلى رد فعل الأكسدة الضارة ، مما يؤدي إلى تدهور خطير في الاستقرار التشغيلي بيروفسكيت المواد وأجهزتها تحت درجة حرارة عالية و الإضاءة .

سالفراغات النانوية والعيوب البلورية :بسببPEDOT: PSSو النمو السريع في القصدير والرصاص بيروفسكيت يؤدي إلى كثافة عالية المورفولوجية nanovoids البلورية العيوب السلبية سلالة وضعف crystallinity في دفن واجهة . وخاصة على نحو سلس الركيزة ، فمن السهل أن تشكل " بقع بيضاء " مرئية للعين المجردة .

ستحديات البحث في واجهة الدفن :مقارنة مع أعلى طبقة واجهة ، واجهة دفن كا تي طبقة من الصعب نسبيا أن تكون قريبة من الجهاز و الدراسة أقل .

فريق البحث والتركيز

الدراسة تتكون منتشن وى ، ليو zonghao ، ووهان مركز البحوث الوطنية الضوئية ، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا ، جامعة أكسفورد ، المملكة المتحدةهنري ج. سنيثأستاذ القيادةنشرت في مجلة توبالاتصالات الطبيعيةو أساسا من خلال تصميمmercapto functionalized mesoporous السيليكا طبقة )MSN-SHوكما دفن واجهة بيروفسكيت رقيقةسوبر هيكلمن أجل حل العيوب الهيكلية الضارة و التفاعلات الكيميائية الموجودة في دفن واجهة الخلايا النيوترونية في سلسلة من الأجهزة الضوئية . هذا الأسلوب يهدف إلى تنظيمعملية التبلور ، وإزالة nanopores والتخميل العيوبفي القصدير والرصاص بيروفسكيت الأفلام . Sn (II)أكسدةوبالتالي فإن فقدان الناقل هو تقلص إلى حد كبير ، واستقرار الجهاز هو تحسين .

نتائج البحث الرئيسية

الشكل 4c

1. اختراق واجهة الأمثلMSN-SHتحسين واجهة من خلال آليات متعددة ، مثل زيادة التبلل من بيروفسكيت السلائف ، والقضاء على نحو فعال nanopores و film-forming العيوب . الإفراج عن سلالة المتبقية من الفيلم72.2 ميجا باسانخفض4.6 ميجا باسو زيادة crystallinity ; باستخدام مجموعة ثيول التخميل عيب ، تثبيطSn (II)ايون الهجرة حاجز الطاقة0.29 إيفولترفع0.58 إيفولتوفي الوقت نفسه ، واجهة قوة الالتصاق0.26 ميجا باستعزيز0.67 ميجا باسمنتدى

2. كفاءة الأداء اختراق ضيق الفجوة القصدير والرصاص بيروفسكيت خلية مفرق واحد1 ف - 4الكفاءة المثلى ( متوسط )1 ف - 4جهد الدائرة المفتوحة0.89 فولتتحقيق كامل perovskite مغلفة البطارية .1 ف - 4الكفاءة المثلىكفاءة التوثيق1 ف - 4كفاءة ثابتة1 ف - 4，رقاقة واحدة مكدسة بطارية عالية الأداءن11.3 سم مربعمكدسة مصغرة وحدة كفاءة تصل إلى1 ف - 4عرض ممتاز تكبير المحتملة .

3. زيادة كبيرة في الاستقرارNBGمفرق البطارية85 درجة مئويةالنيتروجين الظلام الشيخوخة البيئية164تبقى بعد ساعات85%الكفاءة الأولية؛ مغلفة بطارية1تحت الشمسMPPTاختبار445بعد ساعات من الصيانة90%كفاءة ; مغلفة الجهاز85 درجة مئويةشيخوخة150تبقى بعد ساعات8%初始性能。

4. التحقق من التكنولوجيا العالميةMSN-SHاستراتيجية العلاج هو أيضا مناسبة لأنّ يؤدي إلى فجوة واسعة بيروفسكيت . . . . . . .1.77 إيفولتكفاءة البطارية20.6%وعلاوة على ذلك ، photoinduced هاليد العزل مختلطة perovskite هاليد هو قمعها .

الخطوات العملية التجريبية

الشكل 1أ

الاستراتيجية الأساسية في هذه الدراسة هو إدخال mercapto functionalized mesoporous السيليكا في واجهة دفن بيروفسكيت ) .MSN-SHكما واجهة تعديل طبقة ، ونحن التحقق من فعاليتها من خلال منهجية إعداد مكونات الأداء المقارنة .

عملية إعداد بطارية مفرق واحد : وتشمل العملية القياسيةالمنظمة الدولية للتكنولوجيا/تنظيف الزجاج الركازة ، ثقب طبقة النقل )PEDOT: PSSأوMe-4PACzتدور طلاءمفتاحMSN-SHتدور طلاء الصلب التشتتاستمرار ترسب بيروفسكيت السلائف الحل مع المعالجة الحرارية ، سطح طبقة التخميل )EDAI2أوPDAI2المعالجة النهائية للبخار الساخن مع طبقة النقل الإلكتروني )C60وBCP) مع أقطاب الفضة .

إعداد بطارية مغلفة : من خلال اعتماد استراتيجية بناء الطبقات ، ونحن الانتهاء من إعداد واسعة النطاق ذات فجوة الحزمة البطارية ، ثم بناءSnOx / أووأخيرا ، كل طبقة وظيفية من الضيق جاب البطارية الفرعية هي بالتسلسل المودعة على شكل كامل هيكل مغلفة في كلا طرفي .

وحدات التحقق : الليزر وسم العملية تتم على مساحة كبيرة من الركيزة ، عدد وافر من سلسلة من الخلايا الفرعية تتشكل ، و الترابط و التغليف تتم للتحقق من إمكانية تصنيع التكنولوجيا .

مقارنة طرق التحقق : منهجية المقارنة مقدمة و لا مقدمةMSN-SHكفاءة التحويل الكهروضوئية ، والاستقرار ، واجهة مميزة يتم تحليلها ، وتحسين تأثير تقييمها كميا .

طريقة التمثيل و النتيجة

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

إمكانية فتح دائرة الجهد وعدم الإشعاع مركب خسارة بيروفسكيت رقيقة الأفلام تم تقييمها .بلكيحساب النتائجQFLSالقيمة .

MSN-SHانخفاض فعالية العلاجPEDOT: PSSطبقة واجهة الخسارة وتحسين الخصائص البصرية والكهربائية من الفيلم إلى حد كبير .PEDOT: PSS / MSN-SH /بيروفسكيت كومةبلكيمن السيطرة على المجموعة1 ف - 4زيادة كبيرة في5.586%المراسلاتQFLSقيمة من0.856 إيفولتإضافة إلى0.903 إيفولتعرض ممتاز الجهد المحتملة لتعزيز تأثير .

الشكل 3ومن خلال مقارنة الجهد الفعلي مع الجهد النظري المحتملةMSN-SHتأثير تحسين واجهة على زيادة الجهد open-circuit perovskite الخلايا الشمسية

الشكلان 30 أ و 30 بعرض مختلف هياكل كومةبلكيمع .QFLSمقارنة البيانات .MSN-SHعينة من الواضح أن أفضل من السيطرة على المجموعةMSNوقد ثبت أن تكون فعالة في تثبيط الإشعاع غير التركيب وزيادة الجهد الدائرة المفتوحة المحتملة .

guangyan التكنولوجيا الجديدةQFLS-خرائطتوقع حدود الأداء المادي !

إنليتش QFLS-Maper، بأسعار معقولة1 / 5تكلفة الاستثماريمكن أن تتحققرسم الخرائطوظيفة .توليدQFLSصورة : .عرض مرئي شبه مستوى فيرمي توزيع الصورة كاملة ، ونوعية المواد تظهر على الفور !

إيلاء اهتمام وثيق لنا ، ماجستير في تكنولوجيا المعلومات مباشرة !

تيار كهربائي-الجهد الكهربائي(ج-ف)اختبار كفاءة التحويل الكهروضوئية

تقييم الخصائص الكهربائية الأساسية ، كفاءة التحويل الكهروضوئية و التباطؤ .

MSN-SHوقد حققت المعالجة تحسنا ملحوظا في الأداء على جميع أنواع البطاريات :

فجوة ضيقة(NBG)قصدير الرصاص بيروفسكيت خلية مفرق واحد :وMSN-SHتعديل الجهاز متوسطPCEدادا1 ف - 4مقارنة مع مجموعة التحكم1 ف - 4زيادة كبيرة . الجهاز الأمثل لتحقيق1 ف - 4PCE (VOC 0.887 V ، JSC 32.77 mA سم^{-2 .}81.67 في المائة)و ظاهرة التباطؤ لا يكاد يذكر .

فجوة واسعة النطاق(WBG)بطارية بيروفسكيت مفرق واحد :تظهر عالمية جيدة ،1.77 إيفولتجهازPCEجاندام20.60%(VOC 1.330 فولت، JSC 18.29 مA سم^{-2 .}84.69 في المائة)شهادة كفاءة الطرف الثالث1 ف - 4منتدى

بيروفسكيت كامل مغلفة الأجهزة :الاستفادة من التحسين من الجوزاء البطارية ، متوسطPCEدادا1 ف - 4الأجهزة الأمثل لتحقيق1 ف - 4PCE (VOC 2.176 V، JSC 16.33 mA سم^-283.38 في المائة)سوتراسيميتشهادة الطرف الثالثPCEفي29.50%كفاءة ثابتة1 ف - 4منتدى

الشكل 3ج، الشكل 4جوالشكل 37عرض واحد تقاطع مكدسة الأجهزة ، على التوالي .جي - فيالخصائص البصرية والكهربائية ، كل عرض منخفضة جدا التخلفية وممتازة الخصائص البصرية والكهربائية .

كفاءة الكم الخارجي(EQE)اختبار

كفاءة التحويل الكهروضوئية من الجهاز في أطوال موجية مختلفة يتم تقييمها و المتكاملة قصيرة الدوائر الحالية الكثافة المحسوبة . إستعمالEnlitech QE-Rنظام قياس كفاءة الكماختبار في الهواء المحيط .850 نانومترمع .460 نانومترسطوع عاليةالصمامحق .المجموعةمع .NBGالبطارية الفرعية يتحامل .

MSN-SHتجهيز يحسن كفاءة الكم من الجهاز .NBGالرصاص والقصدير بيروفسكيت خلية مفرقEQEالطيف هو تحسين في كامل نطاق الطول الموجي ، ولا سيما في مجال تعزيز استجابة طويلة الطول الموجي .الشركة المشتركةمن السيطرة على المجموعة31.42 ميلا أمبير سم^-2رفع32.35 ميلا أمبير سم^-2منتدى

إن perovskite مكدسة الأجهزة تظهر خصائص جيدة الطيفية مطابقة .المجموعةالبطارية الفرعية التكاملالشركة المشتركةفي16.26 ميلا أمبير سم^-2وNBGالبطارية الفرعية16.02 ميلا أمبير سم^-2كثافة التيار الكهربائي هو المتطابقة مع بعضها البعض ، استجابة طيفية المنطقة يكمل كل منهما الآخر .

الشكل 3دمع .الشكل 4دعرض واحد تقاطع مكدسة الأجهزة ، على التوالي .EQEالطيفية المقارنة ، عرض واضحMSN-SHفي ضوء جمع تهمة استخراج الكفاءة .

جريدة الخارجية كفاءة الكم(إيكيل)

جهاز قياس درجة الإشعاع غير الخسارة المركبةVOCالأداء هو وثيق الصلة . إستعمالEnlitech ELCT-3010 (REPS)النظامحقن الكثافة الحالية هي مجموعة قريبة من دائرة كهربائية قصيرة الكثافة الحالية تحت أشعة الشمس .

MSN-SHتجهيز الجهازإيكيلومن الواضح أن تحسين تأثير . على مقربةالشركة المشتركةجهاز حقن الحاليةإيكيلالقيم من السيطرة على المجموعة1 ف - 4زيادة كبيرة في2.61%زيادة تصل إلى13عصرهذا التحسن الملحوظ يثبت مباشرةMSN-SHغير الإشعاع عملية التركيب في الجهاز هو قمعها بشكل فعال .

المقابلة nonradiative فقدان مركب يقلل من حوالي70 ميلو فولت, مع جهازVOCتحسن كبير في اتفاق جيد .إيكيلموثوقية نتائج الاختبارMSN-SHواجهة تعديل الاستراتيجية .

الشكل 3هـعرض مجموعة مراقبةMSN-SHالجهازإيكيلمقارنة العلاقة بين الكثافة الحالية ،MSN-SHالجهاز لديه ميزة واضحة في كل مجموعة الحالية ، ولا سيما في انخفاض الكثافة الحالية في المنطقة .

فتح دائرة الجهد(VOC)تحليل الخسارة

على أساس نظرية التوازن الكمي مفصلةVOCفقدان المكونات ، بما في ذلك غير مرغوب فيهEQEخسارة ، خسارة الثانوية ذات فجوة الحزمة الإشعاع وعدم الإشعاع خسارة المركبة المركبة ، وتحديد المواقع بدقة الجهاز الجهد ينحرف عن نظرية الحد . التحليل باستخدام قياسVOCوإيكيلوغيرها من المعالم الرئيسية مثل حساب المدخلات .

MSN-SHتجهيز يقلل بشكل كبير من مجموع الجهازVOCخسارة . واحدة من أهم التحسينات جاءت من انخفاض كبير في الخسائر غير الإشعاعية المعقدة من السيطرة على المجموعة .160 ميلو فولتانخفضMSN-SHعينة94 ميلو فولتتخفيض1 ف - 4هذه النتيجة تتفق مع الواقع من الجهاز .VOCرفع الارتفاع ، تأكيدMSN-SHفي تثبيط الإشعاع غير التركيب .

الشكل 29 أمقارنة تفصيلية بين المجموعة الضابطةMSN-SH NBGالبطاريةVOCخسارة العنصر ، عرض واضحMSN-SHالجهاز لديه ميزة كبيرة في الحد من الإشعاع غير مركب خسارة .

عابر photocurrent(TPC)عابر الجهد البصري(TPV)

في هذه الورقة ، تهمة الناقل استخراج وإعادة التركيب حركية في الجهاز يتم التحقيق فيها .

MSN-SHتجهيز متزامن يحسن تهمة استخراج وقمع عملية إعادة التركيب . تخفيف عمر الجهاز الحالي من السيطرة على المجموعة3.86 ميكرو ثانيةتقصير2.37 ميكرو ثانيةوقد ثبت أن سرعة استخراج الناقل هو التعجيل . تخفيف الجهد الحياة149 ميكرو ثانيةتمديد626 ميكرو ثانيةمما يعكس تهمة إعادة التركيب هو قمعها بشكل فعال .

الشكلان 26 أ و 26 بعرض منفصلTPCمع .TPVمقارنة منحنيات التوهين ،MSN-SHجهازTPCتسوس أسرع في الاختبار ،TPVمن أجل التحقق من تأثير مزدوج دفن واجهة تعديل في تعزيز تهمة استخراج وقمع واجهة التركيب .

الاستقرار التشغيلي(MPPT)اختبار

تقييم الاستقرار على المدى الطويل من الجهاز تحت أقصى قدر من السلطة نقطة التحيز المستمر الإضاءة .

MSN-SHتجهيز يعزز الاستقرار على المدى الطويل من الجهاز . غير مغلفةNBGعملية مستمرة من مفرق البطارية450ساعة .بعد الحفاظ على9%الكفاءة الأولية ، أفضل بكثير من السيطرة على المجموعة370بعد ساعات6%التعبئة والتغليف perovskite مغلفة الأجهزة في430ساعة .بعد عملية مستمرةالحفاظ على90%فوق الكفاءةالمجموعة الضابطة325بعد ساعات5%أداء .

الشكل 3ح، الشكل 4وعرض واحد تقاطع مكدسة الأجهزة ، على التوالي .MPPTمنحنى الاستقرارMSN-SHالجهاز يظهر الاستقرار على المدى الطويل في كل من تكوينات ، مما يدل على إمكانية ممتازة في التطبيق العملي .

خصائص أخرى

اختبار الاستقرار تخزين السائل التشتت الهدف من تقييم استقرار nanocrystalline التشتت في عملية التخزين ، والتأثير على تجهيز نافذة .MSN-SHمشتتة48لا تسوية بعد ساعةأل 2 أو3ال1ساعة هطولمنتدى( أ )الشكل 8و

توصيف النانوية تحليل شاملMSNمع .MSN-SHالبعد المادي ، المسام هيكل وظيفة .MSN-SHخفض حجم الجسيمات100 نانومتروFTIRمع .رامانالطيف2569مع .2563 سم^-1سلفهيدريل بنجاح المطعمةمنتدى( أ )الشكل 10 أو

التبلل و التنوي اختبار 研究MSN-SHعلى ترطيب سلوك بيروفسكيت السلائف الحل .زاوية الاتصال من22.6 °انخفض12.7 °ومن الواضح أن تحسين التبلل وتعزيز heteronucleating . . . . . . .منتدى( أ )الشكل 11و

فيلم التشكلسيممورفولوجيا السطح ودفن واجهة بيروفسكيت الفيلم لوحظ .MSN-SHعلى النقيض من ذلك مع السيطرة على المجموعة ، على شكل قبة تجويفمنتدى( أ )الشكل 1جو

درجة crystallinityجيواكستحليل . تقييم crystallinity بيروفسكيت رقيقة بالقرب من دفن واجهة .MSN-SHالأفلام رقيقة تظهر أقوى كثافة الحيود ، وارتفاع crystallinity وانخفاض غير متبلور المرحلة .منتدى( أ )الشكل 1دو

سلالة المتبقيةجيكسرداختبار تقييم حالة الإجهاد المتبقية في بيروفسكيت الأفلام .MSN-SHفعالية تحويل إجهاد الشد من72.2 ميجا باسانخفض4.6 ميجا باسالإفراج عن سلالة رقيقةمنتدى( أ )الشكل 1hو

اختبار القوة الميكانيكية تحققMSN-SHمن أجل تعزيز المتانة الميكانيكية دفن واجهة .قوة الشد الحرجة0.26 ميجا باسرفع0.67 ميجا باسطاقة محددة من الكسر25زيادة83 كيلو جيول متر^-3منتدى( أ )الشكل 1زو

تحليل شامل واجهة الاستقرار من خلالDFTالاعتماد على درجة الحرارة الموصليةالأشعة فوق البنفسجية فيسوإكس بي إسآلية الاستقرار هو بحث .طاقة التنشيط من أيون الهجرة0.29 إيفولترفع0.58 إيفولتوSn (IV)انخفاض كبير في محتوى فعال في تثبيط تدهورمنتدى( أ )الشكل 2 بو

هاليد العزل تعتمد على الوقتPLاختبار مرحلة العزل perovskite هاليد مختلطة تحت الإضاءة لفترة طويلة تم تقييمها .MSN-SHتعديل الأفلام أثناء التعرضPLالحفاظ على شكل جيد وكبح جماح هاليد العزلمنتدى( أ )الشكل 38 جو

الاستنتاج

البحث والتطوير بنجاحmercapto functionalized mesoporous السيليكا طبقة )MSN-SHوكما superstructure تعديل طبقة جزءا لا يتجزأ من واجهة perovskite الخلايا الشمسية ، وكفاءة واستقرار perovskite مغلفة الخلايا الشمسية هي تحسنت كثيرا .

اختراق التكنولوجيا الأساسية :

تحسين نوعية واجهةاحترامMSN-SHعملية التبلور بيروفسكيت يمكن تنظيمها على نحو فعال ، nanopores يمكن القضاء عليها و العيوب يمكن تخميلها .Sn (II)الأكسدة ، والحد بشكل كبير من فقدان الناقل . القوة الميكانيكية0.26 ميجا باسرفع0.67 ميجا باس، إجهاد الشد المتبقية من72.2 ميجا باسانخفض4.6 ميجا باسطاقة التنشيط من أيون الهجرة0.29 إيفولترفع0.58 إيفولتمنتدى

أداء الجهازالقصدير والرصاص بيروفسكيت خلية مفرق واحد1 ف - 4، تحقيق كامل بيروفسكيت مغلفة البطارية1 ف - 4الكفاءة ( شهادة )1 ف - 4ثبات1 ف - 4في المرتبة الأولى في أداء رقاقة واحدة مغلفة البطارية .11.3 سم مربعمكدسة مصغرة وحدة كفاءة تصل إلى1 ف - 4عرض ممتاز التصنيع المحتملة .

الاستقرار على المدى الطويلمغلفة بطارية1أشعة الشمسMPPTاختبار445ساعة .بعد الصيانة90%فوق الكفاءة الأولية ،85 درجة مئويةالشيخوخة الحرارية150ساعة .تبقى بعد8%الأداء ، أكثر بكثير من السيطرة على المجموعة .

التكنولوجيا العالميةالحصول على التحقق ،MSN-SHهذه الاستراتيجية هي أيضا مناسبة لأنّ يؤدي إلى فجوة واسعة بيروفسكيت ،1.77 إيفولتكفاءة البطارية20.6%وعلاوة على ذلك ، فإن ظاهرة العزل مختلطة هاليد هو قمعها .

المراجع من طبيعة الاتصالات دوي : 10.1038 / s41467-025-59891-z

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