Mafanikio ya Ufanisi wa 26.2% Uliothibitishwa

Jibu la haraka: Moduli ya sola ya tandem ya all-perovskite imefikia ufanisi wa 26.2% ulioidhinishwa, matokeo ambayo ni muhimu kwa sababu all-perovskite inaepuka seli ya chini ya silicon kabisa. Moduli ilionyesha voltage ya mzunguko wazi karibu 2.182 V, ambayo iko karibu mara mbili ya seli ya silicon ya junction moja na ni alama ya junctions mbili mfululizo. Upimaji wa uidhinishaji ulijumuisha mfiduo wa joto la unyevu kwa 85 °C na mahitaji ya mitambo ya IEC 61215, na jiometri ya upimaji ya daraja la 5 mm hadi 30 mm. Perovskite tandem kihistoria imeshindwa kwa uthabiti badala ya ufanisi, na hiyo ndiyo inayofanya matokeo yaliyoidhinishwa kuwa tofauti na rekodi ya maabara. Pengo lililobaki kwa uzalishaji ni eneo: rekodi nyingi ziko kwenye moduli ndogo, na kupanua mipako ya perovskite hadi moduli ya ukubwa kamili bila pinholes na upotezaji wa usawa ni tatizo tofauti la uhandisi.

Utengenezaji wa Moduli za PV · na Jerry, Ooitech

Utangulizi

Moduli za jua za tandem za all-perovskite zinachukuliwa sana kama mshindani mkubwa wa teknolojia ya photovoltaic ya kizazi kijacho kutokana na ufanisi wao wa juu na uwezekano wa gharama ndogo. Hata hivyo, biashara ya eneo kubwa imezuiliwa kwa kiasi kikubwa. Wakati vifaa vya eneo dogo tayari vimevuka ufanisi wa 30%, moduli za eneo kubwa (≥20 cm²) kwa muda mrefu zimekwama karibu na 24.5%. Sababu kuu ni ufyonzaji mkubwa wa parasitic wa karibu-infrared na ukosefu wa utulivu wa joto wa kiunganishi katika muundo wa Au/PEDOT:PSS katika tunnel recombination junctions (TRJs) za kawaida za msingi wa dhahabu, pamoja na usafirishaji wa chaji ulioharibika katika filamu za Pb-Sn perovskite za eneo kubwa unaosababishwa na ukristallishaji usio sawa wakati wa blade coating.

Utafiti huu unaendeleza TRJ iliyosindikwa kwa suluhisho iliyojengwa juu ya In₂O₃ nanocrystals zilizoboreshwa uso. Kwa kurekebisha morolojia ya nanocrystal na kemia ya uso, timu ilipata uwazi wa juu wa macho, nyuso laini, na upangaji bora wa viwango vya nishati. Wakati huo huo, viungio vya aina ya asidi ya phosphonic vilianzishwa katika precursor ya Pb-Sn perovskite ili kuboresha mawasiliano ya kielektroniki na safu ya recombination ya In₂O₃, kuongeza uchimbaji wa mashimo, na kurekebisha kinetiki ya ukristallishaji ili kupunguza mkazo uliobaki katika filamu za eneo kubwa. Mkakati huu wa pamoja unaongeza kwa wakati mmoja ufanisi wa recombination ya carrier kwenye kiunganishi, uchimbaji wa chaji, na usawa wa filamu za eneo kubwa, hatimaye kutoa ufanisi wa 26.2% ulioidhinishwa na JET juu ya eneo la aperture la 65 cm² (VOC = 2.182 V, FF = 77.4%, JSC = 15.6 mA cm⁻²) — hatua muhimu katika njia ya kupanua photovoltaic ya tandem ya all-perovskite.

Muundo na Faida za TRJ Mpya

Kazi hii inapendekeza mbadala iliyosindikwa kwa suluhisho: TRJ mpya (Aina ya III) iliyojengwa kutoka kwa nanocrystals za indium oxide zilizoboreshwa uso (In₂O₃ NCs). Inalinganishwa kwa utaratibu dhidi ya muundo wa kawaida wa Au/PEDOT:PSS Aina ya I na muundo wa Aina ya II unaotegemea nanocrystals za ITO za kibiashara.

Muundo na sifa za kiufundi

In₂O₃ NCs zilizojitunga zenyewe zina ukubwa mdogo sana wa chembe kuliko ITO NCs za kibiashara, zikitengeneza kiungo kilichofichika laini zaidi na kupunguza kwa ufanisi msongamano wa kasoro za mguso. Vipimo vya umeme vinaonyesha muundo wa Aina ya III unaonyesha tabia bora ya mguso wa ohmic bila kizuizi cha usafirishaji wa chaji.

Utulivu wa macho na joto

Uchambuzi wa macho unaonyesha kuwa PEDOT:PSS katika Aina ya I inasababisha upotevu mkubwa wa ufyonzaji wa vimelea, wakati filamu ya In₂O₃ NC ina uwazi mkubwa wa macho. Chini ya kuzeeka kwa joto la haraka la 85°C, ufanisi wa moduli ya Aina ya I ulishuka hadi chini ya nusu ya thamani yake ya awali ndani ya saa 50, wakati Aina ya II na Aina ya III zinazotegemea NC zilihifadhi takriban 75% ya ufanisi wa awali baada ya saa 200. Kwenye substrate ya 10×10 cm², filamu za NC zilizopakwa kwa blade zilionyesha ufyonzaji wa macho ulio sawa zaidi kuliko filamu nyembamba za Au zilizoyeyushwa kwa joto, zikionyesha kikamilifu faida ya asili ya nanocrystals zilizosindikwa kwa myeyusho katika utengenezaji wa kiwango kikubwa.

Kuboresha Utengenezaji wa Filamu za Perovskite za Eneo Kubwa

Baada ya upotevu wa macho na ukosefu wa utulivu wa TRJ kutatuliwa, utengenezaji sawa wa filamu za perovskite za Pb-Sn za eneo kubwa ukawa kizuizi kifuatacho cha kiufundi. Mifumo ya kawaida ya viyeyusho vya DMF/DMSO ina viwango vya juu vya kuchemka na tete ya polepole, hivyo kinetiki zao za kiini huchelewa wakati wa upakaji wa blade wa kasi ya juu, na kufanya iwe vigumu kuunda filamu zinazolingana kwenye substrate kubwa.

Ili kutatua hili, timu ilitengeneza mfumo wa viyeyusho viwili unaotegemea 2-methoxyethanol (2-Me) na tetrahydrofuran (THF). Kwa kiwango chake cha chini cha kuchemka na shinikizo la juu la mvuke, mfumo huu hufikia haraka hali ya juu ya kueneza na kuharakisha kwa kiasi kikubwa uundaji wa kiini. Kwa kutumia huo, kasi ya upakaji wa blade wa perovskite ya Pb-Sn iliongezwa kutoka 5 mm/s katika mfumo wa jadi wa DMF hadi 30 mm/s, ikitoa ukubwa wa mwanga wa photoluminescence (PL) ulio sawa sana na uthabiti bora wa kifaa kwenye substrate za 10×10 cm² na kubwa zaidi. Hii ilifanikiwa kutatua changamoto ya kinetiki za uangazaji wa upakaji wa eneo kubwa na kufikia uthibitisho wa awali wa ufanisi wa 17.5% juu ya eneo la aperture la 65 cm².

Uhandisi wa Ligand ya Uso na Ulinganishaji wa Kiwango cha Nishati

Baada ya kuondoa PEDOT:PSS, upotevu wa macho ulipungua, lakini voltage ya mzunguko wazi (VOC) na kipengele cha kujaza (FF) zilipungua, zikihusishwa na kuongezeka kwa vizuizi vya usafirishaji wa kiungo na muunganisho usio na mionzi kati ya perovskite na safu ya NC. Ili kushughulikia hili, utafiti ulitekeleza mkakati wa uboreshaji wa ushirikiano wa pande mbili:

Uhandisi wa ligand ya uso ili kurekebisha viwango vya nishati

Kupitia ubadilishanaji wa ligand, MMES na MMPA zilitumika kurekebisha uso wa In₂O₃ NCs. UV photoelectron spectroscopy (UPS) ilionyesha kuwa In₂O₃ NCs zilizorekebishwa na MMPA hupata upindaji wa bendi bora wa kiolesura na filamu lengwa ya perovskite (upindaji wa juu wa takriban 50 meV), hivyo kukuza kwa kiasi kikubwa uchimbaji wa shimo, wakati urekebishaji wa OAm au MMES ulisababisha upindaji wa chini na kizuizi cha usafirishaji. Vipimo vya space-charge-limited current (SCLC) viliondoa uingiliaji wowote wa ligand kwenye uhamaji wenyewe, kuthibitisha kuwa faida ya utendaji inatokana hasa na upangaji bora wa viwango vya nishati.

Uwekaji dopu kwa wingi kwa nyenzo ya kuchagua shimo ya asidi ya fosfoniki (HSM)

Timu iliweka dopu HSM za asidi ya fosfoniki kama MeO-2PACz moja kwa moja kwenye kitangulizi cha Pb-Sn perovskite (kilichoboreshwa kwa 0.2 mol%) badala ya kuziweka tu kwenye urekebishaji wa kiolesura. Mkakati huu wa uwekaji dopu kwa wingi huepuka tatizo la ufunikaji usio sawa wa SAM katika maeneo makubwa. UPS ilionyesha kuwa baada ya uwekaji dopu wa HSM kazi ya perovskite ilihamishwa kutoka 5.04 eV hadi 4.81 eV, kilele cha juu cha bendi ya valence kilihamia juu, na tabia ya aina ya n ilipungua, ikilingana vyema zaidi na viwango vya nishati vya In₂O₃ NCs. Seli ya Pb-Sn ya single-junction isiyo na HTL iliyotokana ilifikia ufanisi wa 23%, wakati kifaa kilichopakwa kwa blade kikitumia In₂O₃-MMPA NCs kama tabaka la usafirishaji wa shimo (HTL) kilipata ufanisi wa skani ya kinyume wa 24.0% na JSC ya hadi 33.8 mA cm⁻².

Majukumu Mbalimbali ya HSM kwenye Filamu ya Perovskite

Jukumu la HSM linapita mbali zaidi ya usafirishaji wa chaji — linaathiri kwa kina uangazaji wa filamu na upunguzaji wa kasoro:

Udhibiti wa uangazaji na ukandamizaji wa kasoro

Scanning electron microscopy (SEM) ilionyesha kuwa baada ya uwekaji dopu wa HSM uchafu wa matawi uliokuwa ukikata mipaka ya nafaka kwenye filamu ya Pb-Sn ulitoweka, ukubwa wa nafaka ulikua kwa kiasi kikubwa, na mipaka ya nafaka ikawa na mwonekano wa "kuchanganyika". GIWAXS na XRD zilithibitisha kuwa HSM ilikandamiza kwa ufanisi uundaji wa awamu ya uchafu ya PbI₂. Liquid-state ¹H NMR ilifichua zaidi kuwa HSM, kupitia uondoaji wa protoni kwa upendeleo, hutumia vikundi huru vya asidi ya fosfoniki, hivyo kuzuia uondoaji wao wa protoni wa asidi kwa katoni za FA⁺ na kuimarisha kemia ya kitangulizi.

Maboresho ya mienendo ya wabebaji

Uchunguzi wa unyonyaji wa mpito (TAS) ulionyesha kuwa muunganisho upya usio na mionzi unaosaidiwa na kasoro ulipunguzwa kwa kiasi kikubwa baada ya udopingi wa HSM. Ukali wa PL wa hali thabiti uliongezeka kwa kasi, wastani wa maisha ya PL uliongezeka kutoka 1042 ns hadi 1889 ns, na upitishaji wenye nguvu hasa kwenye kiolesura cha chini, kupunguza kwa ufanisi kunasa chaji kwenye kiolesura kilichofichwa. Uchunguzi wa OPTP ulionyesha uhamaji wa chaji wa filamu lengwa uliongezeka kutoka 20 cm² V⁻¹ s⁻¹ hadi 36 cm² V⁻¹ s⁻¹ na urefu wa usambazaji ulikua kutoka 2.65 μm hadi 4.78 μm, kuthibitisha uboreshaji wa kila upande wa ubora wa filamu nzima.

Utendaji na Uthabiti wa Moduli ya Eneo Kubwa

Kwa kuzingatia mikakati hii ya ushirikiano, timu ilitengeneza moduli ya tandem ya all-perovskite yenye eneo la aperture la 65 cm² (seli ndogo 14 mfululizo). Moduli bora inayotumia Type III (In₂O₃-MMPA) TRJ ilifikia ufanisi wa 26.6% uliojaribiwa maabara (skani ya kinyume), na VOC ya 30.4 V, JSC ya 1.12 mA cm⁻², na FF ya 78.2%. Ufanisi wake uliothibitishwa na JET ulioimarishwa ulifikia 26.2%, ukizidi kwa uwazi moduli ya udhibiti inayotumia Type I TRJ ya kawaida (24.8%). Baada ya uboreshaji wa eneo lisilo na kazi, kipengele cha kujaza kijiometri kilifikia 96.5%, kutoa ufanisi sawa wa eneo amilifu hadi 27.6%. Ramani ya anga ya EQE ilionyesha kuwa, katika nafasi 16 tofauti, msongamano wa sasa uliounganishwa wa seli ndogo za juu na chini ulikuwa wastani wa 16.3 na 16.2 mA cm⁻² mtawalia — ukilingana kwa karibu na matokeo ya J-V na zote zikivunja kikwazo cha moduli kilichoripotiwa awali cha chini ya 15 mA cm⁻².

Kwa upande wa kuegemea, kufuatia kiwango cha IEC 61215:2021, moduli ya Type III iliyofungwa ilifikia maisha ya T90 (kubakiza 90% ya ufanisi wa awali) ya saa 771 chini ya ufuatiliaji wa MPP wa 1-sun unaoendelea, na bado ilishikilia ufanisi wa 82.5% baada ya saa 1000. Katika jaribio la unyevu-joto la 85°C/85% RH (ISOS-D-3), moduli ya Type III ilifikia wastani wa maisha ya T84 ya saa 1000, wakati moduli ya Type I ilikuwa tayari imeshuka chini ya ufanisi wa 40%; katika jaribio la mzunguko wa joto la -40°C hadi 85°C (ISOS-T-3), moduli ya Type III ilibakiza 93% ya ufanisi wa awali baada ya mizunguko 200. Majaribio yote ya kuzeeka kwa kasi yalithibitisha kuwa uthabiti bora wa Type III unatokana na kuondoa kabisa sababu za ukosefu wa uthabiti zinazosababishwa na PEDOT:PSS.

Kupitia miunganisho ya urejeshaji ya nanokristali za In₂O₃ zilizoboreshwa kwa uso na uhandisi wa HSM wa wingi/kiungo kwa ushirikiano, kazi hii imefanikiwa kufikia ufanisi uliothibitishwa wa 26.2% wa moduli ya sola ya tandem ya all-perovskite juu ya eneo la aperture la 65 cm², ikitoa mafanikio makubwa katika ukubwa wa moduli, ufanisi, na uthabiti wa uendeshaji. Kazi hii inaonyesha kwa nguvu uwezo wa kibiashara wa teknolojia ya photovoltaic ya tandem ya all-perovskite. Kwa mbele, kusukuma eneo la moduli zaidi ya 800 cm² kutahitaji uboreshaji wa ushirikiano wa michakato ya uwekaji kama vile slot-die coating pamoja na mbinu kama vile ukaushaji unaosaidiwa na utupu, ili kuhakikisha utengenezaji wa hali ya juu na sare wa seli ndogo za bendi pana na nyembamba za eneo kubwa.

Rejea na Vifaa vya Kupima

Kipima MPPT cha perovskite mchanganyiko kinachotumia LED ya daraja la A+AA+ kiiga cha sola kama chanzo cha kuzeesha hutoa msaada mkubwa kwa utafiti wa seli za sola za perovskite kupitia teknolojia ya hali ya juu na muundo wa kazi nyingi. Vyombo kama hivi hutumika hasa kwa upimaji wa uthabiti wa seli za perovskite zilizokamilika za single-junction na tandem. Kwa sababu sifa za pato za seli za perovskite huathiriwa kwa urahisi na mambo ya mazingira kama vile mwanga na joto, kiwango cha juu cha nishati hubadilika-badilika mara kwa mara. Kidhibiti cha MPPT hufuatilia na kufunga kiwango cha juu cha nishati kwa wakati halisi, kuhakikisha mfumo daima unafanya kazi kwa pato bora la nishati.

Rejea: Urejeshaji ulioboreshwa kwa nanokristali kwa moduli za sola za tandem za all-perovskite

Maoni ya Ooitech

Ooitech inaamini: miunganisho ya urejeshaji ya nanokristali za In₂O₃ zilizoboreshwa kwa uso pamoja na uhandisi wa HSM wa wingi/kiungo zimesukuma moduli za tandem za all-perovskite za eneo kubwa hadi ufanisi uliothibitishwa wa 26.2%, ikileta teknolojia hii hatua ya maamuzi karibu na biashara.

Inayohusiana: Perovskite angani: gharama ya mizunguko 100 ya mshtuko wa joto ni mwenza wa kimazingira: mizunguko 100 ya joto iliyoharakishwa hufanya nini kwa kifyonzaji cha perovskite.

Usomaji zaidi na data ya usuli

Nyenzo za marejeleo za umma kuhusu mada hii, zilizochapishwa na mashirika yanayosimamia ramani ya teknolojia na data ya soko ya sekta hii:

• Fraunhofer ISE — Ripoti ya Photovoltaics
• Idara ya Nishati ya Marekani — Photovoltaics
• VDMA — Ramani ya Kimataifa ya Teknolojia kwa Photovoltaic (ITRPV)