مقدمة

تقسيم مستوى فيرمي شبه في دراسة الطاقة الشمسية الضوئية والمواد المتقدمة )QFLSخرائط التوزيع المكاني )رسم الخرائط QFLSهو أداة رئيسية لفهم المواد ، تشخيص الاختناقات ، وتوجيه تطوير مواد جديدة وعملية التحسين .

QFLSهو الفرق في الطاقة الكيميائية الضوئية الناقلين ( الإلكترونات والثقوب ) في حالة عدم الاتزان . من الناحية النظرية ، فإنه يساوي مباشرة فتح دائرة الجهد من الجهاز المثالي )فوك. لا ومع ذلك ، في الأجهزة الفعلية ، هناك احتمال فقدان الكهروكيميائية بين طبقة النقل الكهربائي واجهة .وغير مطابقوتحليل هذا النوع من عدم تطابق ، هو تعزيز التكنولوجيا الضوئية اختراق .

QFLSلماذا هو مهم جدا في البحوث الضوئية ؟

QFLSقياس نوعية المواد الضوئية طبقة امتصاص مباشرة تمثل نظرية الحد الأعلى من فتح دائرة الجهد من الجهاز . نحن تمرير لمعايرة الذرات )PLالقياس الطيفي المباشرQFLSتجنب واجهة معقدة المشكلة عند تصنيع كامل الجهاز . عبرQFLSيمكن أن تساعد الباحثين على فهم الإمكانات الكامنة في مرحلة مبكرة من تطوير المواد .

QFLSالإشعاع الإشعاع nonradiative الخسائر في الخلايا الشمسية هي تقاس مباشرة . غير الإشعاع مركبQFLSالسبب الرئيسي في الانحراف عن حدود الإشعاع . من خلال هذا الاختلاف ، مصدر الجهد الخسارة يمكن تحديدها بدقة : حجم المركبة من المواد نفسها ، أو واجهة المشكلة .

تفسيرQFLSمع .فوكال“لغز لا مثيل لها" و

من الناحية النظريةQFLSفتح دائرة الجهد الخارجي من الجهازفوك( أ )فوك = ΔEF/q. لا ومع ذلك ، في الأجهزة الفعلية ، هناك دائما اختلافات . هذا الاختلاف يكشف عن وجود خسارة محتملة الكهروكيميائية في واجهة .

ألمانيافراونهوفر ISEالأولي وورفلفريق الأساتذة2021سنةتكنولوجيا الطاقةمستو perovskite الخلايا الشمسيةفوكرفع250 ميلي فولتلكنPLإشارة تغيير أقل من مرتين[1]وهم يعتقدون أن هذا يمكن أن يتحقق مع الناقل أقلية شبه مستوى فيرمي )QFLالتدرج في اتجاه المقابلة الكهربائي . سرعة الناقل التشبع في heterojunction قد يؤدي إلىQFLمتقطع . تحت تأثير حركة الأيونات ، فمنها هو أكثر وضوحا . هذا يدل على أنه حتى لو كانت المواد نفسها هي من نوعية جيدة ، إذا كان النقل المحتمل الكهروكيميائية واجهة ليست جيدة ، خارجفوكلا يمكن أن تعكس الداخليةQFLSالمحتملة .

الصورة مأخوذة من :حركة الأيونات تفسر زيادة هائلة في مركبات الكربون الجوية على الرغم من الانقسام الداخلي شبه الفيرمي المستوى غير المتغير تقريبا في الخلايا الشمسية البيروفسكيت المسطحة - الشكل 2

ألمانياجامعة بوتسدامالمارتن ستولترفوتفريق الأساتذة2021سنةمواد الطاقة المتقدمة" بالتفصيلQFLS - فوكعدم تطابق آلية[2]وهي تحدد عوامل انتقائية لمعظم الناقلين )الانتقائية، Se، مايوهذا العامل هو ذات الصلة إلى معظم الناقل أقلية مقاومة الاتصال . من خلال الرسم البياني1أنها تظهر كيف انتقائية وغير انتقائية ثقب طبقة الاتصال يؤثر علىQFLدرجة الانحناءQFLS - فوكلا تطابق . وجود طبقة وسطى منخفضة الحركة يمكن أن يؤدي أيضا إلى خطورةQFLS - فوكلا تطابق حتىQFLSاستمرار الصعود ،فوكولكن قد تنخفض .الشكل 5 (ب)و5 (ج)و5 (د)نتائج المحاكاة تبين كيف انخفاض حركة الطبقة الوسطىQFLSالتدرجفوكالاتجاه الهبوطي .

الصورة مأخوذة من :عدم مطابقة تقسيم مستوى شبه فيرمي و Voc في الخلايا الشمسية Perovskite - الشكل 1

بسرعة فرز المواد ذات الكفاءة العالية المحتملة ، وتحسين نقل المواد طبقة ،QFLS-خرائطمعدات الاختبار يمكن أن توفر سريعة ودقيقةQFLSالحد الأعلى من الكفاءة النظرية من المواد ومن المتوقع أن يتم إنشاؤها .زائف J-Vمنحنى . في هذه الطريقة ، يمكن للباحثين بسرعة فهم المواد المحتملة قبل إعداد المكونات ، والحد بشكل كبير من تكاليف الاختبار والخطأ والوقت .

رسم الخرائط QFLS: التصور يكشف عن التجانس و العيوب المادية

نقطة واحدةQFLSقياس مهم جدا ، ولكن التوحيد من المواد على نطاق مصغر له تأثير حاسم على أداء الجهاز .رسم الخرائط QFLSالتكنولوجيا يمكن أن توفر المواد السطحيةQFLSتوزيع الصور المرئية ، حتى أن نوعية المواد في لمحة . عبررسم الخرائط QFLSيمكن أن نلاحظ مباشرة في كل منطقة من المواد .QFLSالاختلافات ، وتحديد العيوب المحلية أو عدم التجانس .

بريطانياجامعة كامبريدجالسام سترانكسفريق الأساتذةفي2025سنةرسائل الطاقة ACSsuperspectral المطلقPLالحصول على صورة من البطارية الثانويةQFLSرسم الخرائط[3]وقارن .GO / 2PACzسلسلة البطارية و البطارية المرجعيةQFLSتوزيع , عرض النتائجGO / 2PACzسلسلة بطاريات ذات فجوة الحزمة المنخفضة )لـ LBGفجوة النطاق العريض )المجموعة) البطارية الثانوية يظهر أكثر تجانساQFLSالتوزيع . وهذا يعني أن nonradiative مركب قمعت الداخلية والخارجية فقدان الجهد هو تحسين .الشكل 3 (أ)و3 (ب)الQFLSخريطةالشكل التكميلي S14وS15الQFLSتوزيع الرسم البياني ، بصريا عرض واجهة مختلفة طبقة أزواجQFLSالتوحيد .

الصورة مأخوذة من :طبقة الترابط المثلى القائمة على أكسيد الجرافين في الخلايا الشمسية الكاملة للبيروفسكيت - Fig.3ab

جامعة سنغافورة الوطنيةفي2024نشرت سنة فيالطاقة والعلوم البيئيةخصائص مختلفة من بيروفسكيت الأفلامQFLSصورة الرسم البياني[4]اكتشفوا بعدPhAتعديل الأفلام تظهر أعلى معدل في جميع أنحاء المنطقة .QFLSو أفضل التوحيد المكاني .PhAاختراع يمكن أن تقلل من عيوب التخميل ، والحد من الإشعاع غير التركيب ، وبالتالي تحسين نوعية الكهروضوئية بيروفسكيت الفيلم .الشكل 3 (أ)النتائج المعروضة .

الصورة مأخوذة من :تجاوز 90٪ حد شوكلي كويسر VOC في خلايا شمسية بيروفسكيت واسعة النطاق 1.79 eV باستخدام طبقات أحادية مجتمعة ذاتياً بديل البروم - الشكل 3a

من خلالQFLS-خرائطيمكن للباحثين اختبار المعدات في فترة قصيرة3الحصول على ثانيةQFLSتصور الرسم البياني . هذا ليس فقط يمكن أن بسرعة فهم كامل الموادQFLSوعلاوة على ذلك ، فإنه يمكن تقييم التوحيد و عيب من المواد في الوقت الحقيقي ، والتي لديها مزايا لا يمكن الاستغناء عنه من أجل اختيار المواد وعملية الرصد في مرحلة مبكرة من البحث والتطوير .

فقدان الطاقة الكميةبلكيإلىQFLS

QFLSليس فقط يمكن أن نحكم على نوعية المواد ، ولكن أيضا يمكن تحليل كمي فقدان الطاقة .QFLSالصيغة الحسابية هي كما يلي :QFLS = kBT ln (PLQY × JG / J0، rad)هنا .بلكيهو الكم العائد من الذرات ،جي جيهو photocurrent الكثافة ،J0، رادهو الظلام الإشعاع التشبع الكثافة الحالية . من خلال هذه المعايير ، فإن نسبة الإشعاع الإشعاع غير الخسارة المركبة يمكن تفكيكها بدقة .

ألمانياجامعة بوتسدام مارتن ستولترفوهتفريق الأساتذةفي2020نشرت سنة فيالمواد والواجهات التطبيقية لـ ACS" ورقة ، واستخدامبلكيوجي جيالكميةQFLS [5]وجدوا أنه من خلال المقارنةQFLSالحد من الإشعاعVOCومابيغير الإشعاع فقدان مركب موجود في كل من بيروفسكيت الأفلاممابيتقريبا .200 ميفولتبيروفسكيت أنيون110 ميفولت. لا كما لاحظواHTL/واجهة بيروفسكيت بيروفسكيت/ C60زيادة فقدان مركب واجهة .الجدول 2وقد أوردت بيانات عن هذه الخسائر ،الشكل التكميلي S5تظهر هذه الخسائر . هذه الدراسة توضحQFLSكيفية تحديد المواقع بدقة مجمع الساخنة .

الصورة مأخوذة من :عيب وإعادة تركيب الواجهة المحدودة شبه فيرمي مستوى التقسيم والجهد الدائرة المفتوحة في أحادي - الشكل 2

فريق البروفيسور بينغ شو بينغ ، وتشينغداو معهد الطاقة الحيوية والعمليات ، الأكاديمية الصينية للعلومفي2024سنةالمواد المتقدمة" استخدامQFLSتحديد فقدان الطاقة الناجمة عن nonradiative مركب في الخلايا الشمسية بيروفسكيت[6]أنها تستخدمEQEحساب الطيفجي جيجنبا إلى جنب مع حساب طيف إشعاع الجسم الأسودجي 0تقييم دقيقQFLSمنتدى

الصورة مأخوذة من :شبه محسنةصتقسيم مستوى فيرمي للخلايا الشمسية بيروفسكيت بواسطة مزدوجة عالميةصالبوليمر الوظيفي - Fig.4b

البروفيسور لى قانغ ، جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقيةفي2025سنةالمواد المتقدمة" استخدامQFLS = qVoc، rad + kBT ln (PLQY)صيغة تحليلية منخفضةVOCمصدر الخسارة[7]وجدواسنو 2بيروفسكيت دفن واجهة ، من خلال استراتيجية فقدان الطاقةΔ (VOC، راد)ـQFLS )من .62 ميفولتخفض34 ميفولتمنتدىالشكل 4 (هـ)والجدول S5تظهر هذه البيانات ، يؤكد انخفاضVOCويعزى هذا العجز أساسا إلى القضاء على مركب غير مشع في واجهة .

الصورة مأخوذة من :تنظيم واجهة مدفونة مع قالب تجميع فوق الجزيئية يسمح بخلايا شمسية بيروفسكيت عالية الأداء لتقليل عجز المركبات العضوية الجوية - الشكل 4e

QFLS-خرائطمعدات الكشف عن6عددبلكيحساسية من1E-4 في المائةالبلكيالقيم المقاسة . وعلاوة على ذلك ، فإنه يستخدمنيستتتبع المكونات مع القياسات المعترف بها دوليا لضمانQFLSدقة القياس . هذا يسمح للباحثين لتحديد بدقة غير الإشعاع فقدان المركبة ، وبالتالي توفير بيانات موثوق بها لدعم المواد الأمثل .

دليل المواد واجهة الهندسة

QFLSليس فقط أداة تشخيصية ، ولكن أيضا دليل المواد واجهة الهندسة . عبرQFLSيمكن تقييم تأثير مختلف المواد طبقة النقل ، وتأثير عمليات التنظيف الكيميائية أو الصلب على خصائص السطح من امتصاص طبقة .

لكسمبرغجامعة لوكسمبورغ سوزان سيبنتريتفريق الأساتذةفي2018نشرت سنة فيمجلة IEEE للطاقة الضوئيةفي هذه الورقة ، يناقش الكاتبنافوناف + ربفبعد إيداع العلاجCIGSتأثير الأفلام[8]اكتشفوا بعدناف + ربفتجهيز طبقة امتصاص ،QFLSفوق فقطنافالعينات التي تم تجهيزها ، والتي تعزى إلى انخفاض الإشعاع غير مركب ، حتى فيسي دي إسحدث قبل إيداع . حتى لو كانت طبقة امتصاص يتعرض للهواء و سطح منحل ، بعد أن تعامل مع الفلزات القلوية الثقيلة ، امتصاص طبقة لا يمكن أن يكون معطوبا .QFLSكما أظهرت نفس الاتجاه التصاعدي ، مما يدل على أن المعالجة المعدنية القلوية تحسين نوعية السطح من امتصاص طبقة .الشكل 3هذه الاتجاهات .

الصورة مأخوذة من :تأثير معالجة الصوديوم والروبيديوم بعد التراسب على تقسيم مستوى شبه فيرمي للأفلام الرقيقة Cu (In, Ga) Se2 - الشكل 3

الجزائر .المدرسة الوطنية العليا للطاقات المتجددةالحكم بنشريففريق الأساتذةفي2025سنةالطاقة الشمسية" دراسة فيثلاثي الأبعادمقدمة في بيروفسكيتثنائي الأبعادتأثير مزدوج مفرق طبقات مختلفة من ثقب طبقة النقل[9]وجدوا أن هذه التحسينات قد تحسنت .بلكيوQFLSمما يدل على انخفاض في عدم فقدان الإشعاع .الشكل 5والجدول 6هذا يدل على تأثير هذه الصعود .

الصورة مأخوذة من :تحقيق انقسام مستوى شبه فيرمي بالقرب من حدوده الإشعاعية في الخلايا الشمسية البيروفسكيتية 2D / 3D الفعالة والمستقرة: نموذج توازن مفصل - الشكل 5a

QFLS-خرائطجهاز الكشف عن الطبقات بسرعةQFLSفي الموقع الوقت تغير الطورPLتحليل . يمكن للباحثين تقييم تأثير كل مادة على الأداء العام ، وتحديد الاختناقات بسرعة ، وتحسين عملية اختيار المواد .

التحقيق في ديناميات الناقل عيب السيطرة

QFLSليس فقط فيما يتعلق بأداء الجهاز العيانية ، ولكن أيضا يعكس تركيز الناقل المجهرية ، عمر و مستوى الضباب . أعلىQFLSقد يعني انخفاض النشاط المركب ، أو قد تشير إلى ارتفاع تركيز يستعمل كعامل إشابة . . . . . . . التمييز الدقيق بين هذين النوعين من الآثار يتطلبQFLSجنبا إلى جنب مع غيرها من أساليب القياس .

جامعة خنان ، الصين2023سنةطبيعة الاتصالاتكيفية إضافةQFLSللحد من توليد الحرارة من نقاط الكم التي ينبعث منها ضوء الصمام الثنائي[10]وجدوا أنه بالنظر إلى كثافة الإلكترون ، إذا كان معدل امتصاص الفيلم لم يتغير ، فإنه يقلل منQDكثافة التعبئة والتغليف يمكن أن تزيد من كثافة الإلكتروناتQFLSعلى الرغم من أن هذه الدراسة تهدف إلىالصمامولكن الفكرة الأساسية. . . ـتحسين إدارة الناقلQFLSفائدة نموذج ينطبق أيضا على مجال الضوئية .

الصورة مأخوذة من :تقليل توليد الحرارة في الثنائيات المنبعثة للضوء بالنقطة الكمية عن طريق زيادة تقسيم مستوى شبه فيرمي - Fig1b

QFLS-خرائطمعدات الكشف ليس فقط يمكن الحصول بسرعةQFLSبيانات متعددة الوسائط وظائف تسمح أيضا أن تكون جنبا إلى جنب مع غيرها من تقنيات القياس ، مثل الوقت حلPL( أ )تسلسل تمهيديوبالتالي ، فإن الآلية الفيزيائية العميقة ، مثل عمر الناقل ، يستعمل كعامل إشابة التركيز و عيب الكثافة ، يتم تحليلها بشكل أكثر شمولا .

خاتمة

QFLSو تكنولوجيا رسم الخرائط أصبحت أداة الكهروضوئية البحث . ليس فقط يوفر وسيلة لقياس فقدان الطاقة ، ولكن أيضا يلعب دورا توجيهيا في اختيار المواد ، واجهة الهندسة ، وتحسين عملية فهم الفيزياء الأساسية . من macroscopical أداء الجهاز التشخيص المجهري ديناميات الناقل عيب السيطرة ،QFLSفإنه يوفر رؤية متعددة الأبعاد ، وتسريع عملية تطوير الجيل الجديد من الأجهزة الضوئية عالية الكفاءة . إتقان واستخدامQFLSالتحليل هو مهارة هامة لأي شخص متخصص في المواد الضوئية والأجهزة .

المراجع

1. Herterich, J., Unmüssig, M., Loukeris, G., Kohlstädt, M., & Würfel, U. (2021). تفسر حركة الأيونات الزيادة الهائلة في مركبات الكربون العضوية على الرغم من الانقسام الداخلي شبه الفيرمي المستوى دون تغيير تقريبا في الخلايا الشمسية البيروفسكيت المسطحة.تكنولوجيا الطاقةو9(4), 2001104. وزارة الدفاع:10.1002/ente.202001104

2. Warby, J., Shah, S., Thiesbrummel, J., Gutierrez-Partida, E., Lai, H., Alebachew, B., Grischek, M., Yang, F., Lang, F., Albrecht, S., Fu, F., Neher, D., & Stolterfoht, M. (2023). عدم مطابقة انقسام مستوى شبه فيرمي و Voc في الخلايا الشمسية البيروفسكيتية. مواد الطاقة المتقدمة. وزارة الدفاع:10.1002 / aenm.202303135

3. Fitzsimmons, M. R., Roose, B., Han, Y., Kang, T., Chiang, Y.-H., Huang, C.-S., Lu, Y., Yang, T. C.-J., Chosy, C., Guan, S., Anaya, M., & Stranks, S. D. (2025). طبقة الترابط المثلى القائمة على أكسيد الجرافين في الخلايا الشمسية الكاملة للبيروفسكيت.رسائل الطاقة ACS، 10(2), 713–725. وزارة الدفاع:10.1021/acsenergylett.4c03065

4. Wei, Z., Zhou, Q., Niu, X., Liu, S., Dong, Z., Liang, H., Chen, J., Shi, Z., Wang, X., Jia, Z., Guo, X., Guo, R., Meng, X., Wang, Y-D., Li, N., Xu, Z., Li, Z., Aberle, A. G., Yin, X., & Hou, Y. (2025). تجاوز حد 90٪ من مركبات شوكلي كويسر VOC في خلايا شمسية بيروفسكيت واسعة النطاق 1.79 eV باستخدام طبقات أحادية مجتمعة ذاتياً بديلة عن البروم.الطاقة والعلوم البيئية- النشر المسبق على الإنترنت. وزارة الدفاع:10.1039/D4EE04029E

5. Zhang, S., Shaw, P. E., Zhang, G., Jin, H., Tai, M., Lin, H., Meredith, P., Burn, P. L., Neher, D., & Stolterfoht, M. (2020). عيب / إعادة تركيب الواجهة المحدودة تقسيم مستوى شبه فيرمي والجهد المفتوح في الخلايا الشمسية بيروفسكيت أحادية وثلاثية الكاتيون.المواد والواجهات التطبيقية لـ ACS، 12(33), 37647–37656. وزارة الدفاع:10.1021/acsami.0c02960

6. Liu, D., Chen, C., Wang, X., Sun, X., Zhang, B., Zhao, Q., Li, Z., Shao, Z., Wang, X., Cui, G., & Pang, S. (2023). تحسين تقسيم مستوى شبه فيرمي للخلايا الشمسية البيروفسكيتية بواسطة البوليمر العالمي المزدوج الوظيفي.المواد المتقدمة- النشر المسبق على الإنترنت. وزارة الدفاع:10.1002/adma.202310962

7. Wang, Z., Liang, Q., Li, M., Sun, G., Li, S., Zhu, T., Han, Y., Xia, H., Ren, Z., Yu, B., Zhang, J., Ma, R., Chandran, H. T., Cheng, L., Zhang, L., Li, D., Chen, S., Lu, X., Yan, C., Azmi, R., Liu, K., Tang, J., & Li, G. (2025). تنظيم واجهة مدفونة مع قالب تجميع فوق الجزيئية يسمح بخلايا شمسية بيروفسكيت عالية الأداء لتقليل عجز المركبات العضوية الجوية.المواد المتقدمة- النشر المسبق على الإنترنت. وزارة الدفاع:10.1002/adma.202418011

8. Wolter, M. H., Bissig, B., Avancini, E., Carron, R., Buecheler, S., & Jackson, P. (2018). تأثير معالجة الصوديوم والروبيديوم بعد التراسب على تقسيم مستوى شبه فيرمي للأفلام الرقيقة Cu (In, Ga) Se2.مجلة IEEE للطاقة الضوئية، 8(5), 1320–1325. وزارة الدفاع:10.1109/JPHOTOV.2018.2855113

9. () Aouni, Q., Kouda, S., Batoo, K. M., Ijaz, M. F., Sahoo, G. S., Bhattarai, S., Sasikumar, P., & Bencherif, H. (2025). تحقيق انقسام مستوى شبه فيرمي بالقرب من حدوده الإشعاعية في خلايا شمسية بيروفسكيت ثنائية الأبعاد / ثلاثية الأبعاد الفعالة والمستقرة: نموذج توازن مفصل.الطاقة الشمسية، 286, 113144. وزارة الدفاع:10.1016/j.solener.2024.113144

10. Gao, Y., Li, B., Liu, X., Shen, H., Song, Y., Song, J., Yan, Z., Yan, X., Chong, Y., Yao, R., Wang, S., Li, L. S., Fan, F., & Du, Z. (2023). تقليل توليد الحرارة في الثنائيات المنبعثة للضوء بالنقطة الكمية عن طريق زيادة الانقسام شبه على مستوى فيرمي.طبيعة تكنولوجيا النانو، 18(10), 1168–1174. وزارة الدفاع:10.1038 / s41565-023-01441-ز