Utangulizi wa Bidhaa

Seli za jua za tandem za monolithic perovskite/silicon ni mojawapo ya njia wazi zaidi za kupita kikomo cha ufanisi cha vifaa vya makutano moja. Seli ya juu na seli ya chini zimeunganishwa kwa mfululizo kupitia safu ya interconnect ya kuunganisha tena, na jinsi kiolesura hicho kilivyo nzuri huamua kama wabebaji wanaweza kusafirishwa na kuunganishwa tena kwa urahisi. Shida iko kwenye uso wa maandishi ya micro-pyramid ya seli ya chini ya silicon heterojunction (SHJ). Piramidi zina urefu wa takriban 600 nm, na kwenye eneo hilo safu ya kuunganisha tena inakabiliwa na hasara ya macho ya vimelea wakati safu ya kujikusanya (SAM) haienei sawasawa. Baada ya muda hii inashusha utendaji wa kifaa.

Kazi hii ilipima safu za interconnect za indium tin oxide (ITO) kutoka 2 hadi 30 nm nene na ikagundua kuwa safu nyembamba ya 8 nm inafanya kazi vizuri kwa pande mbili mara moja: kupunguza hasara ya macho na kuboresha usawa wa uwezo wa uso. Mara tu urekebishaji wa NiOx na utendakazi wa Poly-SAM ulipowekwa juu, msongamano wa sasa wa mzunguko mfupi uliongezeka kwa 0.85 mA cm⁻² kufikia 20.82 mA cm⁻², ufanisi wa ubadilishaji nishati ulifikia 31.80%, na baada ya saa 500 za ufuatiliaji wa kiwango cha juu cha nishati kifaa bado kilishikilia 96% ya ufanisi wake wa awali.

Mbinu ya Majaribio

Seli ya chini ya SHJ ilitumia wafers za silicon za aina-n, 110 ± 10 µm nene, KOH iliyopigwa pande mbili kuwa piramidi za urefu wa takriban 600 nm. Baada ya kusafisha RCA, PECVD iliweka tabaka za upitishaji na doping kwa mpangilio: upande wa mbele ulipata 8 nm ya a-Si:H(i) asilia pamoja na 15 nm ya nc-SiOx:H(n) ya aina-n, upande wa nyuma ulipata 8 nm ya a-Si:H(p) ya aina-p, kisha 110 nm ya ITO ilinyunyizwa na 700 nm ya Ag iliyovukizwa nyuma. Mbele, unene sita wa interconnect ITO uliwekwa tofauti: 2, 5, 8, 10, 20 na 30 nm, uliotiwa joto kwa 180°C na kukatwa kwa leza.

Seli ya juu ya perovskite ilifuata njia hii. Seli ya chini ilitiwa joto na kutibiwa kwa UV-ozoni kwanza, kisha NiOx iliwekwa kwa magnetron sputtering, ikifuatiwa na hatua nyingine ya joto na UV-ozoni. Ndani ya sanduku la glavu la nitrojeni, Poly-SAM ilisokotwa (0.5 mg mL⁻¹, kutengenezea methanoli na klorobenzene kwa uwiano 1:1) na kutiwa joto kwa 100°C. Perovskite ilikuwa Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅₅Br₀.₂₅₅)₃ na pengo la bendi la 1.68 eV, iliyosokotwa kwa hatua mbili, na klorobenzene ikatiririshwa kama kizuia-mumunyifu wakati wa hatua ya kasi ya juu na kuokwa kwa 100°C kwa dakika 20. Uso ulirekebishwa kwa PDADI, kisha C₆₀ ilivukishwa kwa joto, SnO₂ ikakuzwa kwa ALD, IZO ya 45 nm ikanyunyizwa, elektrodi za Ag zikavukishwa, na hatimaye filamu ya kuzuia kuakisi ya MgF₂ ikafunika mrundikano.

Faida za Kiufundi

Sifa za Kielektroniki za Tabaka la Kiunganishi la ITO

(a) Rsh, Ne na µ dhidi ya unene (n = 10); (b) ufyonzaji na uakisi wa macho wa tabaka la ITO; (c) kazi ya utoaji dhidi ya unene; (d) mabadiliko ya kazi ya utoaji (ΔWF) kabla na baada ya matibabu ya NiOx kwa unene tofauti; (e) mchoro wa usambazaji wa SAM kwenye ITO iliyorekebishwa na NiOx; (f) ramani za uwezo wa uso wa KPFM za kiunganishi cha ITO cha 2–30 nm; (g) ramani za uwezo wa uso wa KPFM za kiunganishi cha ITO cha 8 nm kabla na baada ya utendakazi wa NiOx na Poly-SAM.

Vipimo vya athari ya Hall vilionyesha upinzani wa karatasi ukishuka kadri unene wa filamu unavyoongezeka, ambayo ndiyo inayotarajiwa. Mkusanyiko wa wabeba ulibaki thabiti kati ya 8 na 30 nm, karibu 2.8 hadi 3.5 × 10²⁰ cm⁻³, lakini ukishapungua chini ya 8 nm huanza kupungua. Uhamaji ulipungua kidogo tu katika dirisha jembamba la 2 hadi 8 nm, ishara kwamba uadilifu wa filamu bado ulikuwa sawa. 8 nm inafika mahali pazuri ambapo upinzani wa karatasi ni wa chini vya kutosha na utendaji wa umeme haujaporomoka.

(a) Wigo wa XPS wa azimio la juu la O 1s uliolinganishwa kwa kilele cha tabaka la ITO kwenye uso wa seli ya chini ya c-Si yenye muundo. (b) Wigo wa XPS wa azimio la juu la tabaka la ITO la 8 nm kwenye uso wa seli ya chini ya c-Si yenye muundo kabla na baada ya urekebishaji wa NiOx. (c) Picha ya SEM ya sehemu-mbali ya tabaka la ITO la 8 nm kwenye seli ya chini ya c-Si yenye muundo. (d) Ramani za vipengele vya EDS zinazolingana za eneo lililolengwa la sampuli ya ITO ya 8 nm, na hadithi ya rangi-kipengele kwenye kona ya juu kulia.

Kwa macho, kupunguza unene wa ITO kulivuta uakisi na ufyonzaji chini juu ya 450 nm, kutokana na kuingiliwa kwa uharibifu pamoja na ufyonzaji dhaifu wa wabeba huru.

• UPS ilionyesha kazi ya utendaji ikiongezeka kadiri unene ulivyopungua, na baada ya marekebisho ya NiOx na kuoka, mabadiliko ya kazi ya utendaji yalifikia kilele katika 8 nm.

• Uchunguzi wa eneo la KPFM ulionyesha kuwa ITO chini ya 10 nm ilikandamiza pointi zote za shunt za ndani, na 8 nm ikitoa usawa bora zaidi.

• XPS iligundua undani wa kuvutia: uso wa ITO wa 8 nm ulikuwa na msongamano wa juu zaidi wa hidroksili kuliko ule wa 20 nm, na hidroksili hizo ziliunda vifungo vya daraja vya In─O─Ni na NiOx, na kuruhusu NiOx kuenea kwa usawa zaidi na kushikamana kwa nguvu zaidi. Baada ya marekebisho, ishara ya In ilitoweka kabisa, ikimaanisha kuwa ubora wa safu ya kufunika ulikuwa bora na kuweka msingi mzuri kwa kujikusanya kwa SAM inayofuata.

• SEM na EDS pia zilithibitisha kuwa ITO ya 8 nm ilitoa kifuniko cha kufuata umbo juu ya muundo wa ncha.

Utendaji wa Photovoltaic wa Seli ya Tandem

(a) Mabadiliko ya Jsc katika seli za tandem za perovskite/silicon; (b) mabadiliko ya Voc; (c) mabadiliko ya FF; (d) mabadiliko ya PCE; (e) picha ya SEM ya sehemu-mbili ya seli ya tandem kwenye ITO; (f) muundo wa XRD wa filamu ya perovskite kwenye ITO; (g) wigo wa PL wa hali-ya-utulivu wa filamu ya perovskite kwenye ITO; (h) mikondo ya PL ya hali-ya-utulivu iliyorekebishwa; (i) spectra ya uozo wa TRPL ya filamu ya perovskite kwenye ITO; (j) picha ya photoluminescence ya seli ya tandem, eneo amilifu 0.928 cm².

Unene wote sita wa viunganishi vya ITO ulipitia majaribio ya J-V.

• Chini ya 5 nm, Voc na FF zilipungua sana. Voc haikuweza kusukumwa zaidi ya 1.7 V na PCE ilikuwa 21.68% tu, hasa kwa sababu filamu ilikuwa tayari imekatika kwenye muundo wa piramidi.

• 8 nm ilikuwa jibu bora zaidi. SEM ya sehemu-mbili ilionyesha nafaka za perovskite kubwa na mnene zaidi kwenye ITO nyembamba sana (chini ya 10 nm), na XRD ilithibitisha ubora bora wa fuwele, ingawa sampuli ya 5 nm ilionyesha kilele cha PbI₂, ishara ya uharibifu ulioanza. Nguvu ya PL ya hali-ya-utulivu ilipanda kutoka 30 nm hadi 8 nm, kisha ikashuka tena, hivyo 8 nm ilikuwa kwenye kilele, ikilingana na msongamano wa kasoro wa chini kabisa.

• Kilele cha PL kilichorekebishwa hakikuhama, ikimaanisha asili ya ujumuishaji wa upotevu usio na mionzi kwenye kiolesura ilibaki sawa. Muda wa maisha ya wabebaji wa TRPL pia ulikuwa mrefu zaidi kwenye 8 nm. Matokeo haya yanatokana na dipole ya wavu yenye nguvu zaidi na kazi ya utendaji yenye usawa zaidi inayoletwa na Poly-SAM, ikiongeza Voc na FF pamoja. Picha za PL pia zilifichua kutofautiana kwa ndani ya micron ndani ya seli ndogo ya perovskite, lakini safu nyembamba sana ya ITO yenye upinzani wa juu ina upinzani wa juu wa upande, hivyo ufikiaji wa shunt za ndani ulizuiliwa kwa ufanisi na haukuvuta kifaa chote chini.

Uboreshaji wa Uzito wa Sasa

(a) Mikondo ya EQE ya seli ndogo za perovskite na silicon chini ya safu ya kuunganisha ya ITO 8 nm; (b) Mikondo ya EQE ya seli za tandem za awali na zilizoboreshwa.

Safu ya mbele ya IZO ilikadiriwa kwa kipimo cha ubora Aw × Rsheet⁻¹, na 45 nm ikawa bora. Kupunguza unene wa ITO ya kuunganisha kutoka 20 nm hadi 10 nm hadi 8 nm kulisukuma wastani wa Jsc kutoka 19.78 hadi 19.96 hadi 20.55 mA cm⁻². Mikondo ya sasa iliyojumuishwa na EQE ya seli ndogo za perovskite na silicon ilikuwa 20.64 na 20.51 mA cm⁻² mtawalia, sambamba na data ya J-V. Ikilinganishwa na ITO 20 nm, 8 nm ilipa seli ndogo ya perovskite ziada ya 0.06 mA cm⁻² na seli ndogo ya silicon ziada ya 0.47, huku mchango wa karibu-infrared kutoka seli ya chini ya silicon ukiongezeka zaidi.

Matumizi ya Bidhaa

Utendaji wa Kifaa na Uthabiti

(a) Mchoro wa muundo na picha ya seli ya jua ya tandem ya perovskite/silicon; (b) picha ya SEM ya sehemu-mbali ya seli ya tandem; (c) Mikondo ya J-V ya seli ndogo za makutano moja za perovskite na silicon; (d) mwendo wa J-V wa seli yenye utendaji wa juu; (e) tofauti ya Rs katika seli za tandem za perovskite/silicon zilizojengwa kwenye safu za kuunganisha za ITO za 30 nm hadi 2 nm; (f) matokeo ya mtihani wa MPPT wa seli ya tandem iliyofungwa chini ya mwanga wa jua 1.

Mara tu unene wa ITO ya kuunganisha ulipowekwa, wastani wa PCE wa vifaa vya tandem uliongezeka kutoka 28.64% hadi 30.67%. ITO ya 2 nm ilikuwa na upinzani wa mfululizo Rs wa juu kama 41.26 Ω, hivyo muunganisho wa mfululizo ulivunjika kimsingi. Rs ya 8 nm ilikuwa chini sana, impedance ya ndani ilipungua, na upotevu wa voltage karibu na kiwango cha juu cha nguvu ulipungua. Kwa uthabiti, seli ya tandem ya ITO 8 nm ilishikilia 96% ya PCE yake ya awali baada ya masaa 500 ya MPPT, wakati ile ya 20 nm ilishikilia 90% tu, ikiweka kati ya zile zilizo imara zaidi katika familia ya TCO/SAM interconnect. Kwa nini imara sana? Ufunikaji wa Poly-SAM ni wa juu, na uboreshaji wa fuwele za perovskite unaongezeka pamoja na hilo.

Maeneo yaliyofunikwa na SAM yana nishati ya chini ya uso, na vikundi vya asidi ya fosfoniki hushirikiana na Pb²⁺ na FA⁺, kuongoza perovskite kukua polepole na kwa utaratibu, hivyo nafaka hutoka kubwa. Kwenye maeneo ya ITO wazi hakuna athari kama hiyo ya kiolezo, ukuaji wa nyuklia unaenda kwa kasi na bila mpangilio, na nafaka huishia kuwa ndogo na mipaka mingi ya nafaka. Zaidi ya hayo, Poly-SAM hupitisha vifungo visivyojaa na nafasi za halidi kwenye kiolesura, uhamiaji wa halidi hukandamizwa, na uharibifu hupungua. Uwezo wa uso unaofanana ambao ITO nyembamba sana huleta pia husaidia, na kwa mambo kadhaa yakijikusanya, maisha ya kifaa yanaongezeka.

Upimaji wa uthabiti wa MPPT hapa unategemea kiigaji cha jua cha LED cha daraja la 3A+ kama chanzo cha mwanga cha kuzeeka, ambacho kinaweza kudhibiti joto la seli na angahewa jirani kwa njia kadhaa ili kuendesha upimaji wa uthabiti wa muda mrefu.

Hitimisho na Mtazamo

8 nm ni unene bora wa muunganisho wa ITO kwa seli za tandem za perovskite/silicon. Unene huu huinua ubora wa fuwele za perovskite na kushikilia unyonyaji wa parasitic. Baada ya urekebishaji wa NiOx na utendakazi wa Poly-SAM, uwezo wa uso unakuwa sawa zaidi na mabadiliko ya kazi ya kazi yanajulikana zaidi. Uso wa ITO wa 8 nm hubeba hidroksili nyingi, NiOx huenea sawasawa, SAM hujaa kwa wingi, na kufunika kwa umbo kulithibitishwa na SEM na EDS. Dhidi ya ITO ya kawaida ya 20 nm, kifaa kilichoboreshwa kilifikia ufanisi bora wa 31.80%, huku Jsc ikiongezeka kwa 0.85 mA cm⁻² na 96% ya ufanisi wa awali ukihifadhiwa baada ya masaa 500 ya MPPT.

Kuangalia mbele, bado kuna mengi ya kuboresha. Muundo wa nyuma na kiakisi cha macho vinaweza kuboreshwa zaidi ili kuimarisha mtego wa mwanga kwenye seli ya chini ya silicon, kuongeza mkondo wake, na kufikia ulinganifu wa mkondo. FF na Voc bado ni vikwazo vinavyopunguza ufanisi wa jumla, hivyo mikakati ya upitishaji wa mawasiliano inahitaji kwenda zaidi. Miundo mbadala ya muunganisho kama vile vituo vya handaki vya silicon inafaa kujaribiwa pia. Linapokuja suala la kuongeza kiwango hadi uzalishaji, unene wa TCO na muundo wa gridi ya metali lazima urekebishwe pamoja, ili katika maeneo makubwa kivuli kisizidi na upitishaji wa pembeni usiteseke. Na kwa safu nyembamba, matumizi ya indium yanapungua, hivyo faida za uendelevu pia.

Maoni ya Ooitech

Kinachojitokeza hapa ni kwamba nanomita chache za ITO zinaweza kubadilisha macho na ukaushaji kwenye muundo huo wa piramidi wa nm 600, na tatizo hilo hilo la kufunika kwa usawa ndilo linalojitokeza wakati mistari ya tandem inapohama kutoka kwa sampuli za maabara hadi kwa moduli za ukubwa kamili. Katika sakafu ya uzalishaji, hatua za tabber-stringer, layup na lamination zote zinapaswa kuzingatia nyuso hizo nyeti za interconnect na SAM, ambapo vifaa vya mstari wa moduli vilivyotengenezwa vizuri na vilivyorekebishwa vizuri huthibitisha thamani yake. Ikiwa unataka kuona jinsi michakato hii inavyoonekana katika kiwango halisi cha kiwanda, kituo cha YouTube cha Ooitech kwenye www.youtube.com/ooitech kinafaa kufuatwa.