Kecekapan 33.25%, Pengekalan MPPT 96% Selepas 1000 Jam: Lapisan Dwi SnOx/AZO Sepenuh-ALD Menekan Tindak Balas Antara Muka dalam Tandem Perovskite/Silikon

Pengenalan Produk

Sel tandem perovskite/silikon telah mencapai kecekapan 35%. Masalahnya adalah kestabilan. Peranti ini masih jauh daripada keperluan komersialisasi jangka hayat 25 tahun, dan punca utamanya terletak pada antara muka. Cas terkumpul di sana, dan pengumpulan itu mencetuskan tindak balas redoks dan migrasi ion.

Lapisan pengangkutan elektron ALD-SnOx yang digunakan secara meluas menghadapi pertukaran ketebalan kerana kerintangan tingginya. Terlalu tebal, dan rintangan siri meningkat. Terlalu nipis, dan ia tidak dapat menyekat kerosakan sputter atau resapan ion. Untuk mengkaji ini, penguji MPPT komposit perovskite menggunakan simulator solar LED gred AAA sebagai sumber cahaya penuaan boleh mengawal suhu sel dalam beberapa cara dan menguruskan persekitaran sekeliling, menjalankan ujian kestabilan jangka panjang.

Kerja ini membina lapisan dwi SnOx/AZO melalui proses sepenuh-ALD. SnOx ultra-nipis mengekalkan penjajaran jalur, manakala lapisan AZO konduktif memberikan laluan rintangan rendah dan bertindak sebagai penghalang padat. Ini memisahkan pengekstrakan cas dan penyekatan fizikal kepada dua tugas berasingan. Sel perovskite jalur lebar tunggal dengan struktur ini mencapai kecekapan 23.47%, dan peranti tandem mencapai 33.25%. Selepas 1000 jam pencahayaan berterusan, mereka masih mengekalkan 96% kecekapan awal, yang menyokong strategi antara muka.

Parameter Teknikal

Spesifikasi Penguji MPPT Komposit Perovskite

Kelebihan Teknikal

Fabrikasi dan Prestasi Elektrik Dwilapisan ALD

Ujian simpang tunggal menunjukkan SnOx berprestasi terbaik pada 150 kitaran. Menambah ketebalan meningkatkan rintangan siri dan menurunkan faktor isian. Untuk mengurangkan had kerintangan, penulis menambah lapisan antara AZD yang ditanam ALD. Dua susunan dibandingkan: 250 kitaran SnOx berbanding 100 kitaran SnOx ditambah 400 kitaran AZO.

Pengukuran J-V menunjukkan gabungan SnOx/AZO meningkatkan prestasi peranti. Analisis tahap tenaga mendapati jalur konduksi minimum menurun dari SnOx ke AZO ke IZO, membentuk penjajaran jalur bertingkat yang lebih baik yang mengurangkan halangan pengekstrakan antara muka. c-AFM menunjukkan SnOx/AZO dan AZO tulen mengalir lebih baik daripada SnOx tulen. KPFM menunjukkan potensi permukaan yang lebih seragam dan ketumpatan kecacatan yang lebih rendah pada filem perovskite SnOx/AZO. Spektroskopi penyerapan sementara mengesahkan pengekstrakan pembawa yang lebih cepat dengan SnOx/AZO.

Lapisan ALD Menekan Degradasi

Selepas 400 jam penuaan pada 85°C di bawah pencahayaan, sampel SnOx menunjukkan penyerapan plumbum iodida yang lebih kuat dalam UV-vis, puncak difraksi Pb⁰ logam dalam XRD, dan lompang antara muka serta kehilangan pukal dalam SEM keratan rentas. Dalam sampel SnOx/AZO, tanda-tanda degradasi ini jauh lebih lemah. TOF-SIMS menunjukkan penembusan Ag yang berat ke dalam lapisan perovskite dan resapan I⁻ yang teruk dalam peranti SnOx, manakala peranti SnOx/AZO tidak menunjukkan resapan ion yang jelas.

Selepas 7 hari pada 85% RH, filem bersalut SnOx mengembangkan fasa δ kuning, tetapi SnOx/AZO kekal hitam. Pengukuran PLQY menunjukkan kehilangan penggabungan semula bukan radiasi yang lebih rendah dan pengekalan PLQY yang lebih tinggi selepas penuaan untuk SnOx/AZO. KPFM menunjukkan lonjakan besar dalam ketumpatan kecacatan permukaan untuk sampel SnOx yang berusia, manakala SnOx/AZO hampir tidak berubah.

Aplikasi Produk

Prestasi dan Kestabilan Sel Simpang Tunggal

Dalam peranti simpang tunggal dengan struktur ITO / NiOx / Me-4PACz / perovskite / C60 / lapisan ALD / Ag, juara SnOx/AZO mencapai kecekapan 23.47%, VOC 1.27 V, FF 83.92%, JSC 22.07 mA/cm², dengan histeresis jelas berkurangan. Ketumpatan arus bersepadu EQE ialah 21.62 mA/cm², melebihi 20.92 mA/cm² peranti SnOx. Output kuasa stabil ialah 23.12%. Tenaga Urbach ialah 13.11 meV, lebih rendah daripada 16.38 meV peranti SnOx.

Mengenai kestabilan, selepas 1100 jam penuaan gelap pada 85°C, SnOx/AZO mengekalkan lebih 90% kecekapan awalnya, manakala SnOx turun kepada 85% pada 600 jam. Di bawah 85°C dengan pencahayaan, SnOx/AZO kekal di atas 80% selepas 300 jam, manakala SnOx jatuh di bawah 60% selepas 200 jam. Dalam ujian MPPT, SnOx/AZO mengekalkan 96% selepas 2000 jam, manakala SnOx jatuh kepada 80% selepas 700 jam.

Prestasi dan Kestabilan Sel Tandem

Dwilapisan ALD telah diintegrasikan ke dalam peranti tandem perovskite/TOPCon silikon. HAADF-STEM menunjukkan dwilapisan berterusan dan padat dengan SnOx sekitar 10 nm dan AZO sekitar 60 nm, tanpa lubang jarum atau delaminasi. HR-TEM mengesahkan SnOx adalah amorfus, dan EDS menunjukkan taburan Zn seragam dalam AZO.

Peranti tandem juara mencapai kecekapan 33.25%, VOC 1.98 V, JSC 20.83 mA/cm², FF 80.71%, dengan hampir tiada histeresis. EQE menunjukkan fotocurrent sel atas dan bawah masing-masing 20.43 dan 20.40 mA/cm², padanan yang baik. Output kuasa stabil ialah 32.38%.

Selepas 1000 jam penuaan terma pada 85°C, SnOx/AZO mengekalkan kecekapan melebihi 90%, manakala SnOx jatuh di bawah 90% dalam 400 jam. Dalam ujian haba lembap (double 85), SnOx/AZO kekal di atas 92% selepas 400 jam, manakala SnOx jatuh di bawah 80% dalam 200 jam. Selepas 1000 jam pencahayaan berterusan, SnOx/AZO kekal di atas 96%, manakala SnOx jatuh di bawah 80% dalam 300 jam.

Ringkasan Mekanisme

Kelebihan dwilapisan SnOx/AZO terletak pada dua perkara. Penutup AZO konduktif mempercepatkan pengekstrakan elektron dan mengurangkan pengumpulan cas antara muka, yang menekan degradasi antara muka yang didorong oleh tindak balas. Pada masa yang sama, dwilapisan padat bertindak sebagai penghalang ion dan kelembapan yang berkesan, menghalang kakisan perak yang disebabkan oleh iodida dan migrasi Ag⁺ ke dalam perovskite. Pengekstrakan elektron yang lebih pantas digabungkan dengan penyekatan ion fizikal memberikan mekanisme 'penyahgandingan berfungsi', jadi kedua-dua kesan mengukuhkan ketahanan peranti bersama-sama.

Kajian ini menggunakan dwilapisan SnOx/AZO sepenuhnya-ALD untuk menekan degradasi yang didorong oleh tindak balas antara muka dalam sel tandem perovskite/silikon. Dwilapisan ini menggabungkan penjajaran jalur yang baik dari SnOx dengan kekonduksian tinggi dan fungsi penghalang padat AZO, mengurangkan pengumpulan cas dan menahan resapan ion serta kemasukan lembapan. Peranti sel tunggal mencapai kecekapan 23.47%, peranti tandem 33.25%, dan kedua-duanya mengekalkan lebih 96% kecekapan awal selepas 1000 jam MPPT. Ini menunjukkan betapa pentingnya kejuruteraan antara muka dalam membina PV tandem perovskite/silikon yang cekap dan stabil, serta menunjukkan laluan sebenar ke arah sel yang cekap dan tahan lama.

Penguji MPPT komposit perovskite, yang dibina di sekeliling simulator suria LED A+AA+ sebagai sumber cahaya penuaan, memberikan sokongan kuat kepada penyelidikan sel suria perovskite. Oleh kerana sel perovskite sangat sensitif terhadap cahaya dan suhu, titik kuasa maksimumnya sentiasa berubah-ubah. Pengawal MPPT menjejak dan mengunci titik tersebut dalam masa nyata, supaya sistem sentiasa mengeluarkan kuasa terbaiknya. Ini memaksimumkan hasil tenaga dan meningkatkan kestabilan serta ekonomi keseluruhan sistem PV.

Rujukan: Menekan Tindak Balas Antara Muka dalam Sel Suria Tandem Perovskite/Silikon melalui Dwilapisan SnOx/AZO Sepenuhnya-ALD

Pandangan Ooitech

Apa yang menonjol di sini ialah idea 'penyahgandingan fungsi', membiarkan satu lapisan nipis mengendalikan penjajaran jalur dan satu lagi mengendalikan penyekatan, daripada memaksa satu filem SnOx melakukan kedua-dua tugas dan kehilangan salah satu daripadanya. Dari segi pengeluaran, keseragaman timbunan ALD merentasi modul bersaiz penuh adalah tepat di mana kawalan talian dan metrologi penting, dan ia adalah jenis perincian proses yang kami tekuni semasa membina talian modul. Jika anda ingin melihat lebih banyak bagaimana pembuatan modul perovskite dan tandem sebenarnya bersatu di lantai kilang, saluran YouTube Ooitech (www.youtube.com/ooitech) patut diikuti.