33,25% Эффективность, 96% Сохранение MPPT После 1000 Часов: Полностью ALD-выращенный Двухслойный SnOx/AZO Подавляет Интерфейсные Реакции в Перовскитно/Кремниевых Тандемах
Содержание
Введение в продукт
Перовскитно/кремниевые тандемные элементы уже достигли эффективности 35%. Проблема в стабильности. Эти устройства все еще далеки от 25-летнего срока службы, необходимого для коммерциализации, и коренная причина кроется в интерфейсах. Там накапливается заряд, и это накопление запускает окислительно-восстановительные реакции и миграцию ионов.
Широко используемый ALD-SnOx слой транспорта электронов сталкивается с компромиссом по толщине из-за высокого удельного сопротивления. Слишком толстый — возрастает последовательное сопротивление. Слишком тонкий — не может блокировать повреждения от распыления или диффузию ионов. Для изучения этого перовскитный композитный MPPT тестер, использующий AAA-класса LED солнечный симулятор в качестве источника света для старения, может контролировать температуру элемента несколькими способами и управлять окружающей средой, проводя долгосрочные тесты стабильности.
В этой работе создается двухслойный SnOx/AZO с помощью полностью ALD-процесса. Ультратонкий SnOx сохраняет выравнивание зон, а проводящий слой AZO обеспечивает путь с низким сопротивлением и действует как плотный барьер. Это разделяет извлечение заряда и физическое блокирование на две отдельные задачи. Однопереходные широкозонные перовскитные элементы с такой структурой достигли эффективности 23,47%, а тандемные устройства — 33,25%. После 1000 часов непрерывного освещения они сохранили 96% начальной эффективности, что подтверждает стратегию интерфейса.
Технические параметры
Характеристики перовскитного композитного MPPT тестера
| Параметр | Спецификация |
|---|---|
| Класс источника света | A+AA+ (3A+) LED солнечный симулятор |
| Срок службы источника света | 10 000 ч+ |
| Спектральный выход (регулируемый) | 350-400 нм / 400-750 нм / 750-1150 нм, независимое управление |
| Климатическая камера | Опционально: постоянная температура и влажность, соответствует стандарту ISOS |
| Электронная нагрузка | Несколько моделей, многоканальная независимая работа |
| Применение | Тестирование стабильности перовскитных однопереходных и тандемных элементов |
Технические преимущества
Изготовление ALD-бислоя и электрические характеристики
Испытания однопереходных элементов показали, что SnOx работает лучше всего при 150 циклах. Увеличение толщины повышало последовательное сопротивление и снижало коэффициент заполнения. Чтобы снизить ограничение по удельному сопротивлению, авторы добавили ALD-выращенный промежуточный слой AZO. Сравнивались две структуры: 250 циклов SnOx против 100 циклов SnOx + 400 циклов AZO.
Измерения J-V показали, что комбинация SnOx/AZO повысила производительность устройства. Анализ энергетических уровней показал, что дно зоны проводимости ступенчато снижается от SnOx к AZO и IZO, формируя более благоприятное ступенчатое выравнивание зон, снижающее барьер экстракции на границе раздела. c-AFM показал, что SnOx/AZO и чистый AZO проводят гораздо лучше, чем чистый SnOx. KPFM показал более однородный поверхностный потенциал и меньшую плотность дефектов на пленке перовскита SnOx/AZO. Спектроскопия переходного поглощения подтвердила более быструю экстракцию носителей с SnOx/AZO.
ALD-слой подавляет деградацию
После 400 часов старения при 85°C под освещением образцы SnOx показали более сильное поглощение йодида свинца в УФ-видимой области, дифракционные пики металлического Pb⁰ на XRD, а также пустоты на границе раздела и потерю объема на поперечном SEM. В образцах SnOx/AZO эти признаки деградации были гораздо слабее. TOF-SIMS показал сильное проникновение Ag в слой перовскита и интенсивную диффузию I⁻ в устройствах SnOx, тогда как в устройствах SnOx/AZO не наблюдалось заметной диффузии ионов.
После 7 дней при 85% относительной влажности пленка, покрытая SnOx, развила желтую δ-фазу, но SnOx/AZO остался черным. Измерения PLQY показали меньшие потери на безызлучательную рекомбинацию и более высокое сохранение PLQY после старения для SnOx/AZO. KPFM показал большой скачок плотности поверхностных дефектов для состаренного образца SnOx, тогда как SnOx/AZO почти не изменился.
Применение продукта
Производительность и стабильность однопереходного элемента
В однопереходных устройствах со структурой ITO / NiOx / Me-4PACz / перовскит / C60 / слой ALD / Ag рекордный образец SnOx/AZO достиг эффективности 23,47%, VOC 1,27 В, FF 83,92%, JSC 22,07 мА/см², при этом гистерезис был значительно снижен. Интегрированная по EQE плотность тока составила 21,62 мА/см², что выше, чем у устройства на SnOx (20,92 мА/см²). Стабилизированная выходная мощность составила 23,12%. Энергия Урбаха составила 13,11 мэВ, что ниже, чем у устройства на SnOx (16,38 мэВ).
Что касается стабильности, после 1100 часов темнового старения при 85°C SnOx/AZO сохранил более 90% начальной эффективности, в то время как SnOx снизился до 85% за 600 часов. При 85°C с освещением SnOx/AZO сохранил более 80% после 300 часов, а SnOx упал ниже 60% после 200 часов. В тесте MPPT SnOx/AZO сохранил 96% после 2000 часов, а SnOx упал до 80% после 700 часов.
Производительность и стабильность тандемного элемента
Двухслойная структура ALD была интегрирована в тандемное устройство перовскит/TOPCon кремний. HAADF-STEM показал непрерывный плотный двухслойный слой с SnOx около 10 нм и AZO около 60 нм, без пор или отслоений. HR-TEM подтвердил, что SnOx аморфен, а EDS показал равномерное распределение Zn в AZO.
Рекордное тандемное устройство достигло эффективности 33,25%, VOC 1,98 В, JSC 20,83 мА/см², FF 80,71%, практически без гистерезиса. EQE показал фототоки верхнего и нижнего элементов 20,43 и 20,40 мА/см², что является хорошим соответствием. Стабилизированная выходная мощность составила 32,38%.
После 1000 часов термического старения при 85°C SnOx/AZO сохранил более 90% эффективности, в то время как SnOx упал ниже 90% в течение 400 часов. В тесте на влажное тепло (двойной 85) SnOx/AZO оставался выше 92% после 400 часов, а SnOx упал ниже 80% в течение 200 часов. После 1000 часов непрерывного освещения SnOx/AZO сохранил более 96%, а SnOx упал ниже 80% в течение 300 часов.
Резюме механизма
Преимущество двухслойной структуры SnOx/AZO сводится к двум вещам. Проводящий слой AZO ускоряет извлечение электронов и уменьшает накопление заряда на границе раздела, что подавляет вызванную реакцией деградацию интерфейса. В то же время плотный двухслойный слой действует как эффективный барьер для ионов и влаги, сдерживая индуцированную йодидом коррозию серебра и миграцию Ag⁺ в перовскит. Более быстрое извлечение электронов в сочетании с физическим блокированием ионов дает механизм «функциональной развязки», так что два эффекта совместно усиливают долговечность устройства.
В этом исследовании используется полностью ALD-нанесенный двухслойный SnOx/AZO для подавления деградации, вызванной межфазными реакциями, в тандемных элементах перовскит/кремний. Двухслойная структура сочетает хорошее выравнивание зон SnOx с высокой проводимостью и плотной барьерной функцией AZO, уменьшая накопление заряда и сдерживая диффузию ионов и проникновение влаги. Однопереходные устройства достигли эффективности 23,47%, тандемные — 33,25%, и оба сохранили более 96% начальной эффективности после 1000 часов MPPT. Это показывает, насколько важна инженерия интерфейсов для создания высокоэффективных и стабильных тандемных фотоэлектрических элементов перовскит/кремний, и указывает на реальный путь к созданию ячеек, которые одновременно эффективны и долговечны.
Тестер MPPT для перовскитных композитов, построенный на основе светодиодного солнечного симулятора A+AA+ в качестве источника старения, оказывает мощную поддержку исследованиям перовскитных солнечных элементов. Поскольку перовскитные элементы очень чувствительны к свету и температуре, их точка максимальной мощности постоянно смещается. Контроллер MPPT отслеживает и фиксирует эту точку в реальном времени, поэтому система всегда работает с оптимальной мощностью. Это максимизирует выход энергии и улучшает стабильность и экономичность всей фотоэлектрической системы.
Ссылка: Подавление межфазных реакций в тандемных солнечных элементах перовскит/кремний с помощью полностью ALD-нанесенного двухслойного SnOx/AZO
Мнение Ooitech
Что здесь выделяется, так это идея «функционального разделения», позволяющая одному тонкому слою отвечать за выравнивание зон, а другому — за блокировку, вместо того чтобы заставлять одну пленку SnOx выполнять обе задачи и терять в одной из них. На производственной стороне однородность стека ALD по всей полноразмерной панели — это именно то, где важны контроль линии и метрология, и это та деталь процесса, над которой мы задумываемся при создании линий модулей. Если вы хотите увидеть больше о том, как производство перовскитных и тандемных модулей на самом деле реализуется на заводе, канал Ooitech на YouTube (www.youtube.com/ooitech) стоит подписаться.
