แนะนำผลิตภัณฑ์

เซลล์แท่นเดม perovskite/ซิลิคอนมีประสิทธิภาพถึง 35% แล้ว ปัญหาคือความเสถียร อุปกรณ์เหล่านี้ยังห่างไกลจากอายุการใช้งาน 25 ปีที่การค้าต้องการ และสาเหตุหลักอยู่ที่ส่วนเชื่อมต่อ ประจุสะสมที่นั่น และการสะสมนี้กระตุ้นปฏิกิริยารีดอกซ์และการเคลื่อนที่ของไอออน

ชั้นขนส่งอิเล็กตรอน ALD-SnOx ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายประสบปัญหาการแลกเปลี่ยนความหนาเนื่องจากความต้านทานสูง หนาเกินไป ความต้านทานอนุกรมเพิ่มขึ้น บางเกินไป ไม่สามารถป้องกันความเสียหายจากการสปัตเตอร์หรือการแพร่ของไอออนได้ เพื่อศึกษานี้ เครื่องทดสอบ MPPT แบบ perovskite composite ที่ใช้เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ LED เกรด AAA เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการเสื่อมสภาพ สามารถควบคุมอุณหภูมิเซลล์ได้หลายวิธีและจัดการสภาพแวดล้อมโดยรอบ ทำการทดสอบความเสถียรระยะยาว

งานนี้สร้างชั้นสองชั้น SnOx/AZO ผ่านกระบวนการ ALD ทั้งหมด ชั้น SnOx ที่บางมากรักษาการจัดแนวแถบพลังงาน ในขณะที่ชั้น AZO ที่นำไฟฟ้าให้เส้นทางความต้านทานต่ำและทำหน้าที่เป็นเกราะหนาแน่น ซึ่งแยกการดึงประจุและการปิดกั้นทางกายภาพออกเป็นสองงานแยกกัน เซลล์ perovskite แถบกว้างเดี่ยวที่มีโครงสร้างนี้มีประสิทธิภาพ 23.47% และอุปกรณ์แท่นเดมมีประสิทธิภาพ 33.25% หลังจากให้แสงต่อเนื่อง 1,000 ชั่วโมง พวกเขายังคงประสิทธิภาพเริ่มต้นไว้ 96% ซึ่งสนับสนุนกลยุทธ์ส่วนเชื่อมต่อ

พารามิเตอร์ทางเทคนิค

ข้อมูลจำเพาะของเครื่องทดสอบ MPPT แบบ Perovskite Composite

ข้อได้เปรียบทางเทคนิค

การผลิตชั้นสองชั้นด้วย ALD และสมรรถนะทางไฟฟ้า

การทดสอบรอยต่อเดี่ยวแสดงให้เห็นว่า SnOx มีประสิทธิภาพดีที่สุดที่ 150 รอบ การเพิ่มความหนาทำให้ความต้านทานอนุกรมสูงขึ้นและฟิลแฟกเตอร์ลดลง เพื่อลดข้อจำกัดด้านความต้านทาน ผู้เขียนจึงเพิ่มชั้น AZO ที่ปลูกด้วย ALD เป็นชั้นกลาง มีการเปรียบเทียบสองโครงสร้าง: SnOx 250 รอบ เทียบกับ SnOx 100 รอบรวมกับ AZO 400 รอบ

การวัด J-V แสดงให้เห็นว่าการรวม SnOx/AZO ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ การวิเคราะห์ระดับพลังงานพบว่าค่าขอบล่างของแถบการนำลดลงจาก SnOx ไปยัง AZO และ IZO ทำให้เกิดการจัดเรียงแถบพลังงานแบบขั้นบันไดที่เอื้ออำนวยมากขึ้น ซึ่งลดอุปสรรคในการดึงประจุที่ส่วนต่อประสาน c-AFM แสดงให้เห็นว่า SnOx/AZO และ AZO บริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้ดีกว่า SnOx บริสุทธิ์มาก KPFM แสดงศักย์พื้นผิวที่สม่ำเสมอมากขึ้นและความหนาแน่นของข้อบกพร่องที่ต่ำกว่าบนฟิล์มเพอรอฟสไกต์ SnOx/AZO สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนชั่วคราวยืนยันการดึงพาหะที่เร็วกว่าด้วย SnOx/AZO

ชั้น ALD ยับยั้งการเสื่อมสภาพ

หลังจากบ่มที่ 85°C ภายใต้แสงเป็นเวลา 400 ชั่วโมง ตัวอย่าง SnOx แสดงการดูดกลืนของเลดไอโอไดด์ที่แรงขึ้นใน UV-vis, พีคการเลี้ยวเบนของ Pb⁰ โลหะใน XRD, และช่องว่างที่ส่วนต่อประสานรวมถึงการสูญเสียในเนื้อวัสดุใน SEM ภาพตัดขวาง ในตัวอย่าง SnOx/AZO สัญญาณการเสื่อมสภาพเหล่านี้เบากว่ามาก TOF-SIMS แสดงการแทรกซึมของ Ag อย่างหนักเข้าไปในชั้นเพอรอฟสไกต์และการแพร่ของ I⁻ อย่างรุนแรงในอุปกรณ์ SnOx ในขณะที่อุปกรณ์ SnOx/AZO ไม่แสดงการแพร่ของไอออนที่ชัดเจน

หลังจาก 7 วันที่ความชื้นสัมพัทธ์ 85% ฟิล์มที่เคลือบด้วย SnOx เกิดเฟส δ สีเหลือง แต่ SnOx/AZO ยังคงเป็นสีดำ การวัด PLQY แสดงการสูญเสียจากการรวมตัวแบบไม่แผ่รังสีที่ต่ำกว่าและการคง PLQY ที่สูงกว่าหลังการบ่มสำหรับ SnOx/AZO KPFM แสดงการเพิ่มขึ้นอย่างมากของความหนาแน่นข้อบกพร่องที่พื้นผิวในตัวอย่าง SnOx ที่บ่มแล้ว ในขณะที่ SnOx/AZO เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์

สมรรถนะและความเสถียรของเซลล์รอยต่อเดี่ยว

ในอุปกรณ์รอยต่อเดี่ยวที่มีโครงสร้าง ITO / NiOx / Me-4PACz / เพอรอฟสไกต์ / C60 / ชั้น ALD / Ag อุปกรณ์ SnOx/AZO ที่ดีที่สุดมีประสิทธิภาพ 23.47%, VOC 1.27 V, FF 83.92%, JSC 22.07 mA/cm² โดยฮิสเทอรีซิสลดลงอย่างชัดเจน ความหนาแน่นกระแสที่รวมจาก EQE คือ 21.62 mA/cm² สูงกว่าอุปกรณ์ SnOx ที่ 20.92 mA/cm² กำลังไฟฟ้าที่เสถียรคือ 23.12% พลังงานเออร์บาคอยู่ที่ 13.11 meV ต่ำกว่าอุปกรณ์ SnOx ที่ 16.38 meV

ในด้านความเสถียร หลังจากผ่านการเสื่อมสภาพในที่มืดที่อุณหภูมิ 85°C เป็นเวลา 1100 ชั่วโมง SnOx/AZO ยังคงประสิทธิภาพเริ่มต้นไว้ได้มากกว่า 90% ในขณะที่ SnOx ลดลงเหลือ 85% ภายใน 600 ชั่วโมง ภายใต้แสงที่อุณหภูมิ 85°C SnOx/AZO ยังคงประสิทธิภาพไว้ได้มากกว่า 80% หลังจาก 300 ชั่วโมง ในขณะที่ SnOx ลดลงต่ำกว่า 60% หลังจาก 200 ชั่วโมง ในการทดสอบ MPPT SnOx/AZO ยังคงประสิทธิภาพไว้ได้ 96% หลังจาก 2000 ชั่วโมง ในขณะที่ SnOx ลดลงเหลือ 80% หลังจาก 700 ชั่วโมง

ประสิทธิภาพและความเสถียรของเซลล์คู่

ชั้นสองชั้นของ ALD ถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์คู่ perovskite/TOPCon ซิลิคอน HAADF-STEM แสดงให้เห็นชั้นสองชั้นที่ต่อเนื่องและหนาแน่น โดย SnOx ประมาณ 10 นาโนเมตร และ AZO ประมาณ 60 นาโนเมตร ไม่มีรูเข็มหรือการหลุดลอก HR-TEM ยืนยันว่า SnOx เป็นอสัณฐาน และ EDS แสดงการกระจายตัวของ Zn ที่สม่ำเสมอใน AZO

อุปกรณ์คู่ที่ทำลายสถิติมีประสิทธิภาพ 33.25% แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 1.98 V กระแสไฟฟ้าลัดวงจร 20.83 mA/cm² ฟิลล์แฟกเตอร์ 80.71% โดยแทบไม่มีฮิสเทอรีซิส EQE แสดงกระแสไฟฟ้าจากแสงของเซลล์บนและล่างที่ 20.43 และ 20.40 mA/cm² ซึ่งสอดคล้องกันดี กำลังไฟฟ้าที่เสถียรอยู่ที่ 32.38%

หลังจากผ่านการเสื่อมสภาพด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 85°C เป็นเวลา 1000 ชั่วโมง SnOx/AZO ยังคงประสิทธิภาพไว้ได้มากกว่า 90% ในขณะที่ SnOx ลดลงต่ำกว่า 90% ภายใน 400 ชั่วโมง ในการทดสอบความร้อนชื้น (double 85) SnOx/AZO ยังคงประสิทธิภาพไว้ได้มากกว่า 92% หลังจาก 400 ชั่วโมง ในขณะที่ SnOx ลดลงต่ำกว่า 80% ภายใน 200 ชั่วโมง หลังจากได้รับแสงต่อเนื่องเป็นเวลา 1000 ชั่วโมง SnOx/AZO ยังคงประสิทธิภาพไว้ได้มากกว่า 96% ในขณะที่ SnOx ลดลงต่ำกว่า 80% ภายใน 300 ชั่วโมง

สรุปกลไก

ข้อได้เปรียบของชั้นสองชั้น SnOx/AZO มาจากสองสิ่ง ชั้น AZO ที่นำไฟฟ้าได้ดีช่วยเร่งการดึงอิเล็กตรอนและลดการสะสมประจุที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งยับยั้งการเสื่อมสภาพของส่วนต่อประสานที่เกิดจากปฏิกิริยา ในขณะเดียวกัน ชั้นสองชั้นที่หนาแน่นทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันไอออนและความชื้นที่มีประสิทธิภาพ ชะลอการกัดกร่อนของเงินที่เกิดจากไอโอไดด์และการเคลื่อนที่ของ Ag⁺ เข้าสู่ perovskite การดึงอิเล็กตรอนที่เร็วขึ้นควบคู่กับการปิดกั้นไอออนทางกายภาพทำให้เกิดกลไก "การแยกหน้าที่" ดังนั้นผลทั้งสองจึงเสริมความทนทานของอุปกรณ์ร่วมกัน

การศึกษานี้ใช้ชั้นสองชั้น SnOx/AZO ที่ทำด้วย ALD ทั้งหมดเพื่อยับยั้งการเสื่อมสภาพที่เกิดจากปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสานในเซลล์คู่ perovskite/ซิลิคอน ชั้นสองชั้นนี้จับคู่การจัดแนวแถบพลังงานที่ดีของ SnOx กับค่าการนำไฟฟ้าสูงและฟังก์ชันเกราะป้องกันที่หนาแน่นของ AZO ลดการสะสมประจุและชะลอการแพร่ของไอออนและการซึมผ่านของความชื้น เซลล์เดี่ยวมีประสิทธิภาพ 23.47% เซลล์คู่ 33.25% และทั้งสองยังคงประสิทธิภาพเริ่มต้นไว้ได้มากกว่า 96% หลังจาก 1000 ชั่วโมงของ MPPT แสดงให้เห็นว่าวิศวกรรมส่วนต่อประสานมีความสำคัญเพียงใดในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์คู่ perovskite/ซิลิคอนที่มีประสิทธิภาพสูงและเสถียร และชี้ให้เห็นเส้นทางที่แท้จริงสู่เซลล์ที่มีทั้งประสิทธิภาพและความทนทาน

เครื่องทดสอบ MPPT แบบคอมโพสิตเพอรอฟสไกต์ ซึ่งสร้างขึ้นจากเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ LED ระดับ A+AA+ ที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการเสื่อมสภาพ ให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับการวิจัยเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ เนื่องจากเซลล์เพอรอฟสไกต์มีความไวต่อแสงและอุณหภูมิมาก จุดกำลังสูงสุดจึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ตัวควบคุม MPPT จะติดตามและล็อกจุดนั้นแบบเรียลไทม์ ทำให้ระบบทำงานที่กำลังสูงสุดเสมอ ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตพลังงานและปรับปรุงเสถียรภาพและความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจของระบบ PV ทั้งหมด

อ้างอิง: การยับยั้งปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสานในเซลล์แสงอาทิตย์แบบแท่นเดมเพอรอฟสไกต์/ซิลิคอนผ่านชั้นสองชั้น SnOx/AZO ที่ผลิตด้วย ALD ทั้งหมด

มุมมองของ Ooitech

สิ่งที่โดดเด่นที่นี่คือแนวคิด "การแยกหน้าที่ตามการทำงาน" ซึ่งให้ชั้นบางชั้นหนึ่งจัดการการจัดแนวแถบพลังงาน และอีกชั้นจัดการการปิดกั้น แทนที่จะบังคับให้ฟิล์ม SnOx ชั้นเดียวทำทั้งสองหน้าที่และเสียเปรียบในด้านใดด้านหนึ่ง ในด้านการผลิต ความสม่ำเสมอของชั้นซ้อน ALD ทั่วทั้งโมดูลขนาดเต็มคือสิ่งที่การควบคุมสายการผลิตและการตรวจวัดมีความสำคัญ และเป็นรายละเอียดกระบวนการที่เราหมกมุ่นเมื่อสร้างสายการผลิตโมดูล หากคุณต้องการดูเพิ่มเติมว่าการผลิตโมดูลเพอรอฟสไกต์และแท่นเดมในโรงงานจริงเป็นอย่างไร ช่อง YouTube ของ Ooitech (www.youtube.com/ooitech) น่าติดตาม