Prólogo

En el estudio de la energía solar fotovoltaica y los materiales avanzados, el nivel de energía del cuasi - Fermi se divide..QFLS) y su mapa de distribución espacial..Mapeo QFLS) es una herramienta clave para comprender los cuellos de botella de los materiales, diagnosticar los dispositivos, guiar el desarrollo de nuevos materiales y optimizar los procesos.

QFLSEs la diferencia de energía potencial química entre los transportistas fotogénicos (electrones y agujeros) en un Estado no equilibrado. En teoría, es directamente igual al voltaje de apertura del dispositivo ideal..Voc). Pero en los dispositivos reales, hay una pérdida de potencial electroquímico en la capa de transmisión y la interfaz del electrodo, lo que conduce a esta relación ideal.'.Desajuste'.. analizar este desajuste es un avance para mejorar la tecnología fotovoltaica.

QFLS¿¿ por qué es tan importante en la investigación fotovoltaica?

QFLSMide directamente la calidad del material de la capa absorbente fotovoltaica y representa el límite superior teórico del voltaje de apertura del dispositivo. Calibramos la fotoluminiscenciaPL) medición directa del espectroQFLSEvitar problemas de interfaz complejos al hacer dispositivos completos. a través deQFLSPuede evaluar directamente la actividad compuesta del material en sí y ayudar a los investigadores a comprender su potencial interno en las primeras etapas del desarrollo del material.

QFLSMedir y cuantificar directamente las pérdidas compuestas de radiación y no radiación en las células solares. La combinación no radiante es la causaQFLSLa razón principal de la desviación del límite de radiación. A través de esta diferencia, se puede identificar con precisión la causa raíz de la pérdida de voltaje: la composición corporal del propio material o el problema de la interfaz.

InterpretaciónQFLSyVocde“El misterio del desajuste",

En teoría,QFLSDebe ser igual a la tensión de apertura externa del dispositivo.Voc()Voc = ΔEF/q). Pero en los dispositivos reales, a menudo hay diferencias entre los dos. Esta diferencia revela la existencia de pérdidas de potencial electroquímico en la interfaz.

AlemaniaFraunhofer ISEdeUli WürfelEl equipo de profesores está en2021AñoTecnología Energética"Se señala que las células solares planas de PerovskitaVocMejorado250mV, peroPLLa señal cambia menos del doble[1]. esto, en su opinión, puede utilizar unos pocos niveles de energía cuasifemi de transportistas..QFL) se explica al gradiente correspondiente a la dirección del electrodo. La saturación de la velocidad del portador en Heterounión puede causarQFLInconsistente. Bajo la influencia del Movimiento de iones, el fenómeno del desajuste es más obvio. Esto demuestra que incluso si el material en sí es de buena calidad, si el potencial electroquímico de la interfaz no se transmite bien, el exteriorVocTampoco puede reflejar el interiorQFLSPotencial.

Imagen tomada de:El movimiento iónico explica el enorme aumento de los COV a pesar de la división interna casi inalterada a nivel de Fermi en las células solares de perovskita plana - Fig.2

AlemaniaUniversidad de PotsdamdeMartin StolterfohtEl equipo de profesores está en2021AñoMateriales energéticos avanzados"En él, se detallaQFLS-VocMecanismos de desajuste[2]. definen los factores de selectividad de la mayoría de los transportistas..selectividad, Se,mayo), este factor está relacionado con la resistencia de contacto de la mayoría y unos pocos transportistas. A través del mapa1Mapas de bandas energéticas que muestran cómo afectan las capas de contacto de agujeros selectivos y no selectivosQFLEl grado de flexión, que a su vez conduce aQFLS-VocNo coincide. La presencia de capas intermedias de baja movilidad también puede causar gravesQFLS-VocDesajuste, inclusoQFLSMejora continua,VocPero puede bajar.Fig. 5 b),5 c)y5 d)Los resultados de la simulación muestran cómo afecta la capa media de baja movilidadQFLSGradiente yVocTendencia a la baja.

Imagen tomada de:Incompatibilidad de División de Nivel Quasi-Fermi y Voc en Células Solares de Perovskita – Fig.1

Es necesario seleccionar rápidamente materiales con potencial de alta eficiencia y optimizar los materiales de la capa de transmisión.Mapeador QFLSEl dispositivo de detección puede proporcionar una velocidad y precisiónQFLSMedición, que a su vez predice el límite superior de eficiencia teórica del material y lo generaPseudo J-VCurva. De esta manera, los investigadores pueden comprender rápidamente el potencial de los materiales antes de la preparación de los componentes y reducir drásticamente el costo y el tiempo de prueba y error.

Mapeo QFLS: visualización para revelar la uniformidad y defectos del material

Punto únicoQFLSLa medición es importante, pero la uniformidad del material a escala microscópica tiene un impacto decisivo en el rendimiento del dispositivo.Mapeo QFLSLa tecnología puede proporcionar superficies de materialesQFLSLas imágenes visuales distribuidas permiten ver de un vistazo las ventajas y desventajas de los materiales. a través deMapeo QFLSQue puede observar directamente las áreas del material.QFLSDiferencia, identificar defectos locales o problemas de desigualdad.

Reino UnidoUniversidad de CambridgedeSam StranksEquipo de profesoresEn2025AñoCartas de Energía ACS"En, utilizando el hiperespectro absolutoPLLa tecnología de imágenes ha adquirido la batería secundaria.QFLSMapa[3]. compararonGO/2PACzBatería en serie con batería de referenciaQFLSDistribución, los resultados muestranGO/2PACzBaterías en serie en banda baja..LBG) y la brecha de banda ancha..Grupo de Trabajo Mundial) se muestra más uniforme en la batería secundariaQFLSDistribución. Esto significa que la combinación no radiante se inhibe y la pérdida de voltaje interno y externo se mejora.Fig. 3(a)y3 b)deQFLSImágenes, ySuplementaria Fig. S14yS15deQFLSEl histograma de distribución muestra intuitivamente los pares de diferentes capas de interfaz.QFLSEfectos de la uniformidad.

Imagen tomada de:Capa de interconexión optimizada basada en óxido de grafeno en células solares tándem de perovskita - Fig.3ab

Equipo del Profesor Hou Yi de la Universidad Nacional de Singapuren2024Publicado enEnergía y Ciencias Ambientales"En el trabajo, se muestran diferentes películas de perovskita.QFLSImagen[4]. descubrieron que despuésPhALa película modificada muestra una mayor densidad en toda la zona de detección.QFLSValores y una mejor uniformidad espacial, lo que demuestraPhAPuede pasivar los defectos y reducir la composición no radiante, mejorando así la calidad fotoeléctrica de las películas de perovskita.Fig. 3(a)Se presentan estos resultados.

Imagen tomada de:Superar el 90% del límite de COV de Shockley-Queisser en células solares de perovskita de banda ancha de 1,79 eV utilizando monocapas auto-montadas sustituidas por bromo – Fig.3a

A travésMapeador QFLSDispositivos de detección, los investigadores pueden3Obtenido en segundosQFLSMapa visual. Esto no solo permite comprender rápidamente el material en su conjunto.QFLSDistribución, y puede evaluar la uniformidad y los defectos de los materiales en tiempo real, que tiene ventajas insustituibles para la selección de materiales y el monitoreo del proceso en las primeras etapas de investigación y desarrollo.

Cuantificar la pérdida de energía: dePLQYAQFLS

QFLSNo solo puede juzgar cualitativamente la calidad del material, sino también analizar cuantitativamente la pérdida de energía.QFLSLa fórmula de cálculo es:QFLS = kBT ln (PLQY × JG / J0,rad). aquíPLQYEs la tasa cuántica de fotoluminiscencia,JGEs la densidad de corriente fotogénica,J0, radEs la densidad de corriente saturada de radiación oscura. A través de estos parámetros, se puede desmontar con precisión la proporción de pérdidas compuestas de radiación y no radiación.

AlemaniaUniversidad de Potsdam Martin StolterfohtEquipo de profesoresen2020Publicado enMateriales aplicados e interfaces ACS"En la tesis, utilizandoPLQYyJGCuantificadoQFLS [5]. descubrieron que a través de la comparación de las medicionesQFLSCon límites de radiaciónCOV,MAPIY las películas de Perovskita de iones Sanyang tienen pérdidas compuestas no radiantes..MAPIAproximadamente200 mV, Perovskita de iones Sanyang aproximadamente110 mV). También observaron que enHTL/Interfaz de Perovskita y Perovskita/ C60La pérdida compuesta de la interfaz aumenta.Cuadro 2Enumera los datos de estas pérdidas,Suplementaria Fig. S5Muestra estas pérdidas. El estudio explicaQFLSCómo localizar con precisión los puntos calientes compuestos.

Imagen tomada de:Defecto y recombinación de interfaz División limitada de nivel cuasi-Fermi y voltaje de circuito abierto en mono – Fig.2

Equipo del Profesor Luo shuping, Instituto de bioenergía y procesos de qingdao, Academia China de CienciasEn2024AñoMateriales avanzados"En, utilizandoQFLSCuantificar la pérdida de energía causada por la combinación no radiante en las células solares de Perovskita[6]. aprovechanEQECálculo del espectroJGY combinado con el cálculo del espectro de radiación del Cuerpo negroJ0, evaluación precisaQFLS.

Imagen tomada de:Cuasi mejorado¿¿ sí?División a nivel de Fermi de células solares de perovskita por doble universal¿¿ sí?Polímero funcional – Fig.4b

Equipo del profesor Li Gang de la Universidad Politécnica de Hong Kongen2025AñoMateriales avanzados"En, aplicarQFLS = qVoc,rad + kBT ln(PLQY)El análisis de la fórmula es bajoCOVFuentes de pérdidas[7]. descubrieron que enSnO2/En la interfaz enterrada de perovskita, a través de su estrategia, la pérdida de energíaΔ(COV, rad)- sí.QFLS)desde62 mVBajar a34 mV.Fig. 4(e)yTabla S5Mostrando estos datos, se confirma que son ultra BajosCOVLa pérdida se debe principalmente a la eliminación de la composición no radiante de la interfaz.

Imagen tomada de:La regulación de la interfaz enterrada con una plantilla montada supramolecular permite que las células solares de perovskita de alto rendimiento minimicen el déficit de COV – Fig.4e

Mapeador QFLSEl equipo de detección con su alto6Orden de magnitudPLQYSensibilidad, que puede1E-4%dePLQYLos valores se miden. Además, adoptaNISTLos componentes trazables y los métodos de medición reconocidos internacionalmente garantizanQFLSPrecisión de la medición. Esto permite a los investigadores cuantificar con precisión las pérdidas compuestas no radiantes, proporcionando así un soporte de datos confiable para la optimización de materiales.

Guía de ingeniería de materiales e interfaces

QFLSNo solo es una herramienta de diagnóstico, sino también una guía para la ingeniería de materiales e interfaces. a través deQFLSLos cambios pueden evaluar el efecto de los diferentes materiales de capa de transmisión, así como el impacto de procesos como la limpieza química o el recocido en las propiedades superficiales de la capa absorbente.

LuxemburgoUniversidad de Luxemburgo Susanne SiebentrittEquipo de profesoresen2018Publicado enRevista IEEE de FotovoltaicaEn el trabajo, se exploraNaFyNaF + RbFTratamiento postsedimentarioCIGSEfectos de las películas[8]. descubrieron que despuésNaF + RbFLa capa absorbente tratada,QFLSPor encima de pasar soloNaFLas muestras procesadas, que se atribuyen a la disminución de la composición no radiante, inclusoCDSSucedió antes de la deposición. Incluso la capa absorbente expuesta al aire y degradada en la superficie, después del tratamiento con metales alcalinos pesados, suQFLSTambién muestra la misma tendencia al alza, lo que indica que el tratamiento de metales alcalinos mejora la calidad y la superficie de la propia capa absorbente.Figura 3Se presentan estas tendencias.

Imagen tomada de:Influencia del tratamiento de posdeposición de sodio y rubidio en la división a nivel de Quasi-Fermi de películas delgadas de Cu(In,Ga)Se2 – Fig.3

ArgeliaEscuela Nacional Superior de Energías RenovablesdeHichem BencherifEquipo de profesoresen2025AñoEnergía SolarEn él, se estudia en3DIntroducción en Perovskita2DInfluencia de la capa de doble Unión y la capa de transmisión de diferentes agujeros eléctricos[9]. descubrieron que estas optimizaciones mejoranPLQYyQFLS, lo que indica una disminución de las pérdidas no radiológicas.Figura 5yCuadro 6Muestra los efectos de estas mejoras.

Imagen tomada de:Lograr la división del nivel de Quasi-Fermi cerca de su límite radiativo en células solares de perovskita 2D/3D eficientes y estables: Modelo de equilibrio detallado – Fig.5a

Mapeador QFLSEl equipo de detección puede estratificar rápidamente.QFLSPrueba y soporte para cambios de fase temporal in situPLAnálisis. Durante el proceso de preparación, los investigadores pueden evaluar el impacto de cada material en el rendimiento general capa por capa, identificar rápidamente los cuellos de botella y optimizar las condiciones del proceso y la selección de materiales.

Profundizar en la dinámica del portador y el control de defectos

QFLSNo solo está relacionado con el rendimiento macro del dispositivo, sino que también refleja profundamente la concentración microscópica de transportistas, la vida útil y el nivel de niebla. Más altoQFLSPuede significar una menor actividad compuesta o puede indicar una mayor concentración de dopaje. Para distinguir con precisión estos dos efectos, es necesarioQFLSCombinación con otros métodos de medición.

El equipo del Profesor du zuliang de la Universidad de Henan de China2023AñoComunicaciones Naturaleza"En él, se explora cómo aumentarQFLSPara reducir la generación de calor de los diodos emisores de luz de puntos cuánticos[10]. descubrieron que para una densidad electrónica dada, si la tasa de absorción de la película no cambia, disminuyeQDLa densidad de apilamiento puede aumentar los electronesQFLS. Aunque el estudio está dirigido aledPero su idea central- -Mejorar optimizando la gestión de transportistasQFLSLo mismo se aplica al campo fotovoltaico.

Imagen tomada de:Minimizar la generación de calor en los diodos emisores de luz de puntos cuánticos aumentando la división de nivel cuasi-Fermi – Fig1b

Mapeador QFLSEl equipo de detección no solo se puede obtener rápidamenteQFLSLos datos, cuya función multimodal también permite combinarse con otras técnicas de medición, como la resolución temporalPL()Secuencia líder) para analizar de manera más completa los mecanismos físicos profundos, como la vida útil del portador, la concentración de dopaje y la densidad de defectos.

Conclusión

QFLSSu tecnología de mapeo se ha convertido en una herramienta de investigación fotovoltaica. No solo proporciona medios para cuantificar la pérdida de energía, sino que también desempeña un papel rector en la selección de materiales, ingeniería de interfaz, optimización de procesos y comprensión física básica. Desde el diagnóstico macro del rendimiento del dispositivo hasta la dinámica microscópica del portador y el control de defectos,QFLSProporciona una visión multidimensional y acelera el proceso de desarrollo de una nueva generación de dispositivos fotovoltaicos de alta eficiencia. Dominar y hacer un buen usoQFLSEl análisis es una habilidad importante para cualquier profesional dedicado a la investigación de materiales y dispositivos fotovoltaicos.

Referencias

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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). La regulación de la interfaz enterrada con una plantilla montada supramolecular permite que las células solares de perovskita de alto rendimiento minimicen el déficit de COV.Materiales avanzadosPublicación anticipada en línea. DOI:10.1002/adma.202418011

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9. Aouni, Q., Kouda, S., Batoo, K. M., Ijaz, M. F., Sahoo, G. S., Bhattarai, S., Sasikumar, P., y Bencherif, H. (2025). Lograr la división del nivel de Quasi-Fermi cerca de su límite radiativo en células solares de perovskita 2D/3D eficientes y estables: modelo de equilibrio detallado.Energía solar, 286, 113144. DOI: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). Minimizar la generación de calor en los diodos emisores de luz de puntos cuánticos mediante el aumento de la división de nivel cuasi-Fermi.Naturaleza Nanotecnología, 18(10), 1168–1174. DOI:10.1038/s41565-023-01441-z