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建議使用設(shè)備
· Enlitech SS-X系列_AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽(yáng)光模擬器
· Enlitech QE-R_PV/太陽(yáng)能電池量子效率測(cè)量系統(tǒng)-
研究背景
PSCs 因其高效率、低成本等優(yōu)點(diǎn)成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),并展現(xiàn)出巨大的商業(yè)化潛力。在眾多 PSCs 結(jié)構(gòu)中,反式結(jié)構(gòu)(p-i-n)因其制備工藝簡(jiǎn)單、可與柔性襯底兼容等優(yōu)勢(shì),備受關(guān)注。與傳統(tǒng)的正置結(jié)構(gòu) (n-i-p) 相比,反式結(jié)構(gòu) PSCs 具有更高的填充因子 (FF) 和更低的遲滯效應(yīng),使其在柔性、透明和疊層太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。
然而,反式 PSCs 的性能仍落后于常規(guī)結(jié)構(gòu),其主要原因之一是界面缺陷導(dǎo)致的非輻射復(fù)合損失。為了提高反式 PSCs 的性能,研究人員通常采用功能劑進(jìn)行表面修飾,例如在鈣鈦礦/空穴傳輸層界面引入有機(jī)小分子來(lái)鈍化缺陷,提高電荷提取效率。然而,分子的固有特性對(duì)最終器件性能的影響卻被忽視了。一些功能劑,例如常用的空穴傳輸材料 bathocuproine (BCP),本身具有 n 型摻雜特性,可能會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng) BCP 直接與鈣鈦礦接觸時(shí),它傾向于從鈣鈦礦中提取電子,導(dǎo)致鈣鈦礦表面帶正電,形成不利于空穴傳輸?shù)哪軒澢?,從而降低器件性能?/span>
研究方法
1. 表面重構(gòu)策略:化解 LC 分子負(fù)面影響,變廢為寶
為了解決上述問(wèn)題,馮江山、劉生忠和方志敏團(tuán)隊(duì)提出了一種表面重構(gòu)策略,將 BCP 分子從潛在的 n 型摻雜劑轉(zhuǎn)化為高效的鈍化劑。該策略巧妙地利用溶劑和欠配位 Pb2+ 離子,將原本可能導(dǎo)致 n 型摻雜的 LC 分子轉(zhuǎn)化為高效的鈍化劑,實(shí)現(xiàn)了器件性能的突破。該策略包含兩個(gè)關(guān)鍵步驟:
l 溶解:首先,將 BCP 分子溶解在溶劑中,使其從鈣鈦礦表面脫附。該步驟的關(guān)鍵在于選擇合適的溶劑,既能有效溶解 BCP,又不破壞鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)。研究人員篩選了多種溶劑,最終發(fā)現(xiàn)異丙醇 (IPA) 具有最佳的溶解性和相容性。
l 捕獲:利用鈣鈦礦表面的欠配位 Pb2+ 離子捕獲溶解的 BCP 分子,使其重新結(jié)合到鈣鈦礦表面,形成更加穩(wěn)定的化學(xué)鍵,并有效鈍化缺陷。該步驟的關(guān)鍵在于控制溶劑的揮發(fā)速度,使 BCP 分子能夠在鈣鈦礦表面均勻分布,并與欠配位 Pb2+ 離子結(jié)合。埋底界面和體相鈍化:雙重策略抑制非輻射復(fù)合。通過(guò)這種方法,BCP 分子不再直接接觸電子傳輸層,避免了 n 型摻雜效應(yīng),同時(shí)可以有效地鈍化鈣鈦礦表面的缺陷,提高器件的 Voc 和 FF。
2. 作用機(jī)制分析:多重表征揭示性能提升的關(guān)鍵
l 飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜 (TOF-SIMS) 證實(shí)了 BCP 分子在鈣鈦礦表面的重新分布。與直接旋涂 BCP 的樣品相比,表面重構(gòu)處理后的樣品中 BCP 分子更加均勻地分布在鈣鈦礦表面,表明 BCP 分子與鈣鈦礦形成了更強(qiáng)的化學(xué)鍵合。
l 掃描電子顯微鏡 (SEM) 和原子力顯微鏡 (AFM) 顯示 BCP 處理后的鈣鈦礦薄膜具有更平整的表面形貌和更大的晶粒尺寸,這有利于減少晶界缺陷和提高電荷傳輸效率。
l 紫外-可見(jiàn)吸收光譜和反射光譜 表明 BCP 處理可以提高鈣鈦礦薄膜的光吸收效率,從而提高器件的 Jsc。
l 紫外光電子能譜 (UPS) 和電容-電壓 (C-V) 測(cè)量 揭示了 BCP 處理可以優(yōu)化器件的能級(jí)排列,減少缺陷密度,從而提高器件的 Voc 和 FF。
l 穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨光致發(fā)光 (PL) 光譜 表明表面重構(gòu)處理可以有效鈍化鈣鈦礦表面的缺陷,延長(zhǎng)載流子的壽命,從而提高器件的效率。
l 電化學(xué)阻抗譜 (EIS) 測(cè)量進(jìn)一步證實(shí)表面重構(gòu)策略可以降低器件的電荷傳輸阻抗,提高電荷提取效率,從而提升器件的 FF。
研究結(jié)果與討論_器件性能提升:效率和穩(wěn)定性雙雙突破
研究結(jié)果表明,表面重構(gòu)策略可以顯著提高 NiOx 基反式 PSCs 的器件性能?;谠摬呗灾苽涞钠骷?shí)現(xiàn)了 25.64% 的 рекорд 效率,開(kāi)路電壓 (Voc) 明顯提高,短路電流 (Jsc) 達(dá)到 25.61 mA/cm2,填充因子 (FF) 高達(dá) 85.8%。此外,器件在暴露于環(huán)境條件約 1500 小時(shí)后仍保持了 80% 以上的初始效率,展現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。瞬態(tài)光致發(fā)光 (TRPL) 和 PLQY 測(cè)試結(jié)果表明,CsFa 鈍化有效地抑制了非輻射復(fù)合,延長(zhǎng)了載流子壽命,從而提高了器件效率。熱導(dǎo)納譜 (TAS) 測(cè)量進(jìn)一步證實(shí),CsFa 處理后的鈣鈦礦薄膜具有低的缺陷態(tài)密度。
結(jié)論與展望
這項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單有效的表面重構(gòu)策略,通過(guò)減輕 LC 分子的不利影響,顯著提高了 NiOx 基反式 PSCs 的效率和穩(wěn)定性。該策略為制備高性能反式 PSCs 提供了新思路,并為鈣鈦礦光伏技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ),推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。
本文參數(shù)圖:
Fig S4_展示了對(duì)照樣品和 CL-BCP 樣品的電流-電壓(J-V)遲滯曲線。說(shuō)明表面重構(gòu)策略可以有效地減少器件的 J-V 遲滯現(xiàn)象,這表明 CL-BCP 器件具有更好的電荷提取能力和更低的缺陷密度。
Fig S5_ 五種不同器件結(jié)構(gòu)的光伏參數(shù),包括對(duì)照樣品(CT)、在電子傳輸層上旋涂 BCP 的樣品(E-OS-BCP)、在電子傳輸層上經(jīng)過(guò)表面重構(gòu)處理的樣品(E-CL-BCP)、在鈣鈦礦層上旋涂 BCP 的樣品(S-OS-BCP)和在鈣鈦礦層上經(jīng)過(guò)表面重構(gòu)處理的樣品(S-CL-BCP)。表明表面重構(gòu)策略可以顯著提高器件的效率。S-CL-BCP 器件的效率高,這表明將 BCP 應(yīng)用于鈣鈦礦層并進(jìn)行表面重構(gòu)處理是最佳的器件結(jié)構(gòu)。
Fig S9_(a) 開(kāi)路電壓隨光強(qiáng)變化的關(guān)係,(b) 暗電流-電壓 (J-V) 曲線,以及 (c) 器件在空氣中的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。表明表面重構(gòu)策略可以提高器件的 Voc、降低暗電流,并提升器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
原文出處: Advanced Materials
推薦設(shè)備_ SS-X系列集成式解決方案_ AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽(yáng)光模擬器+ 軟件: IVS-KA6000 + IVS-KA-Viewer
AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽(yáng)光模擬器
l A+ 光譜:接近 AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜
l A+ 輻照度的時(shí)間不穩(wěn)定性
l SS-IRIS:自主研發(fā)技術(shù)自動(dòng)光強(qiáng)操控
l 適合與手套箱集成的輸出光束方向
IVS-KA6000:IV測(cè)量軟件
所有 SS-X 系列太陽(yáng)光模擬器都可以通過(guò) IVS-KA6000 軟件進(jìn)行控制,該軟件是 IV 測(cè)量軟件,可用于準(zhǔn)確的 PV 表征。不僅是光閘,輸出光輻照度也可以通過(guò) IVS-KA6000 IV 軟件進(jìn)行操控,幫助用戶輕松完成不同光強(qiáng)下復(fù)雜的 IV 測(cè)試或 Sun- Voc 測(cè)試。來(lái)自 IVS-KA6000 的所有 IV 數(shù)據(jù)都可以通過(guò) IVS-KA-Viewer 讀取和分析,這是另一款多功能分析軟件。
KA-Viewer IV 分析軟件
推薦設(shè)備_ QE-R_流行和值得信賴(lài)的 QE / IPCE 系統(tǒng)
具有以下特色優(yōu)勢(shì):
l 高精度: QE-R 系統(tǒng)采用高精度光譜儀和校準(zhǔn)光源,確保 EQE 測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
l 寬光譜范圍: QE-R 系統(tǒng)的光譜范圍覆蓋紫外到近紅外區(qū)域,適用于各種光伏材料和器件的 EQE 測(cè)量。
l 快速測(cè)量: QE-R 系統(tǒng)具有快速掃描和數(shù)據(jù)采集功能,能夠高效地進(jìn)行 EQE 光譜測(cè)量。
l 易于操作: QE-R 系統(tǒng)軟件界面友好,操作簡(jiǎn)單方便,即使是初學(xué)者也能輕松上手。
l 多功能: QE-R 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行 EQE 測(cè)量,還可以進(jìn)行反射率、透射率等光學(xué)特性的測(cè)量,具有多功能性。