Logros y aspectos destacados de la investigación

porEl equipo de profesores de pintura Wei Zhan de la Universidad HuaqiaoLíder, publicado en la revista superiorComunicaciones NaturalezaLibroEl tema del artículo es".Membrana de polímero ultradelgada para una mejor extracción de agujeros y bloqueo iónico en células solares de perovskita".

Para la alta eficiencia actualn-i-pTipo de célula solar de PerovskitaVida útil limitada a largo plazoEl problema, que se debe principalmente a la Perovskita y la capa de transmisión de agujeros dopados..HTL) en HeterouniónDifusión de ionesEsto conducirá aHTLDisminución de la conductividad eléctrica y pérdida de componentes de perovskita. Para resolver este desafío clave, el equipo del Profesor Wei ZhanhuaSe desarrolló y estudió un ultradelgado (aproximadamente7Naimi)pCapa intermedia de polímero de tipo i..D18(...).

·D18La capa intermedia ultradelgada inhibe efectivamente la difusión de iones de litio, metilamonio, formamidina y yodo entre las capas..

•D18Mejora de la Perovskita/ HTLLa disposición de la banda de energía de la interfaz promueve una extracción de agujeros más efectiva..

·Las células solares de Perovskita basadas en este diseño innovador se han logradoGundam26,39%(certificado como26,17%) eficiencia de conversión de potencia(dispositivos de área pequeña) y25,02%Eficiencia (de dispositivos de gran área).

·El dispositivo funciona continuamente bajo el seguimiento del punto de potencia máxima 1100 Horas después, todavíaMantiene la eficiencia inicial95,4%Muestra una mejora significativa de la estabilidad.

·a través deQFLSAnálisis (división del nivel de energía cuasi - fermi), confirmadoCOVEl aumento no solo se debe a la disminución de la composición no radiante, sino que también se beneficiaD18Optimización de la disposición de la banda de energía en la capa media.

Equipo de investigación

El equipo de investigación proviene principalmente deUniversidad de Huaqiao，Pinturas de WeiyXie liqiangEl profesor es común a este estudioAutor de la comunicaciónY con la Universidad de la ciudad de Hong Kong¡Alex! K.-Y. JenProfesores e investigadores trabajan juntos.

Antecedentes de la investigación

En el campo de las células solares de perovskita, especialmente en las de alta eficiencian-i-pEn términos estructurales, se enfrentan a algunas dificultades y desafíos notables:

·Vida útil operativa limitada: eficienten-i-pAunque las células solares de Perovskita tipo 2 son eficientes,Pero la vida útil de la operación es relativamente limitada., no es tan bueno comop-i-nLa batería tipo 2 es estable.

·Perovskita y capa de transmisión de agujeros eléctricos..HTLDifusión de iones entre ellos, que conduce aHTLDisminución de la conductividad eléctrica y pérdida de componentes de perovskita.

·ComúnHTLmaterial Espiro-OMeTADEstructura esponjosa y gran espesor, propenso a ocurrirPérdida de dopaje, yCapacidad insuficiente de bloqueo de iones.

·Para mejorar la estabilidadreemplazarEspiro-OMeTADPuede conducir a una disminución significativa de la eficiencia.

·El propio material de Perovskita tienePropiedades de Unión iónica, celosía más suave, propensa a la migración de iones, que a su vez corroeHTLY electrodos.

·Los materiales de interfaz existentes se encuentran enEs difícil equilibrar la inhibición de la difusión cruzada de iones y el mantenimiento de una extracción eficiente de agujeros eléctricos..

Soluciones

En respuesta a las referencias anterioresn-i-pLas dificultades y desafíos encontrados en las células solares de Perovskita de tipo V se proponen.Insertar ultradelgadopCapa intermedia de polímero de tipo i..D18(...)Es la solución central. Se centra principalmente en los siguientes aspectos:

·Construcción de una capa de barrera iónica:利用D18Polímeros en depósitos de calcio y titanio y capas de transmisión de agujeros eléctricos..HTL, principalmenteEspiro-OMeTADEntre ellos se forma unUltradelgado (aproximadamente7Nano) y película densa.D18La estructura molecular especial de los polímeros, especialmente suAnillo fundido DTBTEl fuerte formado por la unidadπ–πPilaQue ayuda a formar una película más estrecha y, por lo tantoBloquear eficazmente la dirección de los iones en la Perovskita (como litio, metilamonio, formamidina e iones de yodo)HTLProliferación. Este efecto de bloqueo puede protegerHTLProtección contra la corrosión iónica, pero también puede reducir la pérdida de componentes de perovskita, mejorando así la estabilidad del dispositivo.

·Optimizar la disposición de los niveles de energía de la interfaz:Además de la función de bloqueo de iones,D18La capa intermedia también está diseñada para ser capazMejorar la Perovskita yHTLDisposición de los niveles de energía entre. El estudio encontró que,D18El nivel de energía y la Perovskita adyacenteEspiro-OMeTADHay una buena coincidencia entre ellos. A través de la IntroducciónD18, síReducir la pérdida de energía en la interfaz y promover una extracción de agujeros más eficiente.

·Se adopta el proceso de recubrimiento giratorio térmico:Para garantizarD18Capa intermediaDensidad y cobertura uniforme, el equipo de investigación adoptaProceso de recubrimiento giratorio térmicoPara depositarD18Película delgada. Este método puede formar un mejor contacto de interfaz y mejorar el efecto de bloqueo de iones y la eficiencia de transmisión de agujeros.

·verificaciónD18:El equipo de investigación demostró experimentalmente,D18EnLa capacidad de inhibir la difusión de iones es significativamente mejor que la de los polímeros comunes.HTLMateriales comoP3HTyPTAA. Esto se atribuye aD18Una interacción intermolecular más fuerte le permite formar películas más densas.

Procesos y pasos experimentales

·Preparación de materiales:

¿¿ qué?Equipo de investigaciónsíntesisComo material clave de la capa intermediaD18Polímeros

¿¿ qué?PreparaciónSe utilizan otros materiales necesarios en las células solares de perovskita, como la sal de estaño (paraSnO2Capa de transmisión electrónica), yoduro de plomoPbI2) y diversas sales orgánicas (utilizadas para formar perovskita).

¿¿ qué?PreparaciónCon diferentes concentracionesD18Solución para posterior deposición de película delgada.

·Preparación del dispositivo:

1. Primero enImplementación libreDepósito en sustrato de vidrioSnO2Capa de transmisión electrónica

2. A travésMétodo de solución en dos pasosEnSnO2En la capaPreparación de películas de Perovskita, y usarOAITratamiento de pasivación de la superficie.

3. Para introducirD18En la capa intermedia, los investigadorescalienteD18La solución se aplica rotativamente a la película de Perovskita pasiva.. descubrieronCon recubrimiento giratorio térmico y concentración adecuadaD18La solución es densa y uniforme para la formaciónD18La capa intermedia es muy importante. observan que con diferentes pesos molecularesD18Hubo diferencias en la solubilidad y la formadores de película, y finalmente se eligióD18-M(peso molecular medio) Como material de interfaz principal. También descubrieron queD18La aplicación rotativa en películas frías de Perovskita es propensa a la aglomeración.

4. EnD18En la capaRecubrimiento giratorioEspiro-OMeTADCapa de transmisión de agujeros eléctricos.

5. Dorado o plateado al vaporElectrodos para completar la preparación de dispositivos de células solares.

·Estudio del efecto de bloqueo de iones:

○ para verificarD18Capacidad de bloqueo de iones, los investigadores diseñaron un experimento para observar PbBr2yFAIReacción.

¿¿ qué?Primero están en el sustrato de vidrioSedimentaciónPbBr2película delgada.

¿¿ qué?Luego, en partePbBr2En la películaRecubrimiento giratorio de diferentes concentracionesD18,P3HTyPTAAPelícula de polímeroComo contraste.

¿¿ qué?Luego, en estos cubiertos con diferentes materialesPbBr2En la películaRecubrimiento giratorioFAISolución, observar si se produce un cambio de color. Se observa coberturaD18dePbBr2La película está enFAIDespués de la pintura giratoriaNo hay cambios de color significativos, indicaD18Bloquea efectivamente la difusión de iones. Por el contrario, se necesitan concentraciones más altasP3HTyPTAASe puede lograr un efecto de bloqueo similar.

¿¿ qué?Los investigadores también aprovechanXDesviación de rayos(XRD)La tecnología analiza los cambios en la estructura cristalina de estas películas y confirma aún másD18Se puede detener a una cierta concentración.PbBr2yFAIReacción entre. También estudiaron bajo estrés térmicoD18Capacidad de bloqueo de diferentes iones.

·D18Análisis de las características de la película:

¿¿ qué?usarMicroscopio electrónico de barrido(SEM)ObservadoD18La cobertura en la superficie de la Perovskita confirma que se puede obtener a través de la pulverización térmica.Uniforme y densoD18película delgada.

¿¿ qué?usarMicroscopía electrónica penetrante de alta resolución(HRTEM)Se ha medidoD18El espesor de la capa intermedia es de aproximadamente7NaimiY observóD18Está en estrecho contacto con los granos y límites de grano de perovskita. También confirmaron que en el seguimientoSpiroDurante la deposición, ultradelgadoD18La capa media no se dañará.

¿¿ qué?A través Microscopio de potencial superficial(KPFM) Se analizó la distribución del potencial superficial de la Perovskita y se encontró queD18Se puede formar con la superficie de PerovskitaContacto uniforme.

Resultados y caracterización de la investigación

División del nivel de energía cuasifemi(División de nivel cuasi-Fermi, QFLS)Y tensión de circuito abierto(Voc)

Evaluar las pérdidas compuestas no radiológicas y comprenderD18La influencia de la capa intermedia en el voltaje del circuito abierto.

imagen3DMuestra el Grupo de control yD18Medición de dispositivos de grupoVocyQFLS. se presenta el Grupo de control..Control) yD18Tensión de circuito abierto del dispositivo del grupo..COV) y de acuerdo con la eficiencia cuántica de la fotoluminiscencia..PLQY) División del nivel de energía cuasifemi calculada..QFLS).D18Grupo de dispositivosQFLSEl valor aumenta en comparación con el Grupo de control20 mVEsto yMedidoCOVmejoró33 mV Coincide. Esto demuestraCOVEl aumento no solo se debe a la disminución de las pérdidas compuestas no radiantes, sino también a laDisposición mejorada del nivel de energía de la interfazRelacionado.

EnlitechEstá a punto de lanzar un nuevoQFLS¡Instrumento de medición!

Enlitech Mapeador QFLSPuede ser en poco tiempo3Generar rápidamente el nivel de energía cuasi - Fermi en segundos..QFLS) imagen, no se puede ver2Reconstruido en minutosPseudo J-VLa curva le permite comprender fácilmente el límite superior de eficiencia teórica del material y la pérdida compuesta sin radiación. No solo apoya la medicióniVOC,PLImágenes yPLQYParámetros multimodales como, al mismo tiempo, se presentan con alta visualización, lo que ayuda a los investigadores a analizar y optimizar con precisión el rendimiento de las células solares y otros módulos fotoeléctricos avanzados. Sigue a nosotros y consigue más noticias actualizadas¡!

2. Densidad de corriente-voltaje(J-V)Curva

El equipo de investigación lo utilizóEnliTechdeAAASimulador de luz solarSS-Xrealizar J-VMedición de la curva,Evaluar los parámetros de rendimiento básicos de las células solares

imagen4aSe comparan los grupos de control yD18Grupo de pequeñas áreas de células solares de PerovskitaJ-VCurvas, incluyendo escaneo inverso y escaneo positivo. introducciónD18Detrás de la capa intermedia, la mejorD18Se han logrado grupos de dispositivos de pequeña área. 26,39%(escaneo inverso) y26,12%Eficiencia de conversión de Potencia (escaneo positivo), factor de llenado de80,37%Subir a83,92%, el voltaje de apertura comienza desde1.152 VSubir a1.185 V，Por lo tanto, se mejora la eficiencia general.

·imagen4cMuestra grandes áreas(1 cm2)De células solares de PerovskitaJ-VCurva, también se comparan los grupos de control yD18Grupo. Incluso en grandes áreas, usarD18Los dispositivos de la capa intermedia todavía muestran una alta eficiencia.

3. Eficiencia cuántica externa(Eficiencia cuántica externa, EQE)

Utilizado por el equipo de investigaciónEnliTechdeEQEsistemaQE-R，Medir la respuesta de las células solares a diferentes longitudes de onda de luz y calcular la densidad de corriente de cortocircuito en puntos(Jsc).

imagenS 23:Se comparan los grupos de controlD18Eficiencia cuántica externa de un grupo de células solares de perovskita..EQE) espectro. En todo el rango de absorción de luz visible,D18Grupo de dispositivosEQEEn comparación con el Grupo de control, ha mejorado. puntosEQELa densidad de corriente de cortocircuito obtenida por el espectro yJ-VLos valores medidos por la curva coinciden.

Resultados de la investigación:D18La densidad de corriente de cortocircuito integral del dispositivo del Grupo es 25,86 mA cm¿¿ qué?25 , yJ-VLos resultados de la curva son consistentes.

Otras caracterizaciones

·XDesviación de rayos(XRD):

Se analiza la estructura cristalina y la pureza de fase de las películas de Perovskita y se evalúa la degradación del dispositivo bajo tensión térmica. También se utiliza para evaluarD18Efecto de bloqueo de iones. Los resultados confirmanD18La capa intermedia puede inhibir eficazmente la descomposición de la Perovskita bajo tensión térmica.Y a una cierta concentración puedeBloquearPbBr2yFAIReacción de intercambio de iones entre.(foto1c, mapa2b, mapaS 10(...)

·Espectrometría de masas de iones secundarios en tiempo de vuelo(ToF-SIMS):

Analizar la distribución de elementos en la capa del dispositivo y estudiar el comportamiento de migración de iones durante el Envejecimiento. Los resultados muestran que bajo tensión térmica,En Perovskita en el dispositivo del Grupo de controlI-yFA- sí.Dirección obvia de los ionesEspiro-OMeTADDifusión de capas, yD18La migración de iones en los dispositivos de grupo se inhibe significativamente..(foto2e,2f, mapaS 13(...)

·Fotoluminiscencia(PL)Fotoluminiscencia resuelta en el tiempo(trpl):

Se estudia la dinámica del portador y la eficiencia de transferencia de carga de la interfaz de la perovskita. introducciónD18Detrás de la capa media,La combinación de radicales de Perovskita se inhibe efectivamente y la eficiencia de separación y extracción de carga eléctrica se mejora..(foto3a, mapa3b, mapaS 19(...)

·Microscopio de fuerza de sonda de Kelvin(KPFM):

mediciónHTLPotencial superficial de la superficie, tras evaluar el EnvejecimientoHTLCambios en la función de trabajo. Después del envejecimientoDispositivos del Grupo de controlEspiro-OMeTADEl potencial superficial disminuye significativamente y la función de Trabajo también disminuye significativamente.,D18Dispositivos de grupoEspiro-OMeTADEl potencial superficial y la función de trabajo varían menos. (foto2 horas,2i(...)

·Microscopio electrónico de barrido(SEM):

Observar la morfología de la superficie de la película delgada y la estructura de sección transversal del dispositivo. Confirmación de la imagenD18La capa intermedia puede formar una película densa que cubre eficazmente la superficie de la Perovskita y protege la morfología de la Perovskita después del Envejecimiento. (foto2d, mapaS5(...)

Conclusiones

Este estudio ha logradon-i-pSe introdujo una capa en la célula solar de Perovskita tipo 2.Extremadamente delgadoD18Capa intermedia de polímero. Este diseño innovador ha traído avances significativos:

·Mejora considerablemente la estabilidad de las células solares:D18La capa intermedia es efectivaBloquea el mineral de calcio y titanio y la capa de transmisión de la cueva eléctrica(HTL)Difusión de iones entreDe esta manera, se protegen los materiales de Perovskita yHTLLibre de degradación. Los experimentos han demostrado que noD18Dispositivos de capa intermedia, utilizadosD18Los dispositivos pueden mantener una mayor eficiencia tanto en condiciones de iluminación continua como de alta temperatura.

·Mejora de la eficiencia de conversión de energía:D18Capa intermediaSe ha optimizado la Perovskita yHTLDisposición de los niveles de energía entreSe promueve la extracción efectiva de agujeros eléctricos y se reduce la pérdida de energía de la interfaz. Finalmente, las células solares fabricadas por el equipo de investigación fueron adquiridasGundam26,39%Certificado como26,17%)Eficiencia de conversión de potenciaY una gran área(1Centímetros cuadrados(...)La eficiencia del dispositivo también alcanza25,02%.

Referencia documental de Nature Communications doi: 10.1038 / s41467 - 024 - 55329 - 0

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