بازده 33.25%، حفظ MPPT 96% پس از 1000 ساعت: لایه دوگانه تمام ALD SnOx/AZO واکنشهای سطحی در تاندوم پروسکایت/سیلیکون را سرکوب میکند
معرفی محصول
سلولهای تاندوم پروسکایت/سیلیکون قبلاً به بازده 35% رسیدهاند. مشکل پایداری است. این دستگاهها هنوز از عمر 25 ساله مورد نیاز تجاریسازی فاصله دارند و ریشه مشکل در سطح مشترکهاست. بار در آنجا تجمع مییابد و این تجمع باعث واکنشهای ردوکس و مهاجرت یون میشود.
لایه انتقال الکترون ALD-SnOx که به طور گسترده استفاده میشود، به دلیل مقاومت بالای خود با یک معاوضه ضخامت مواجه است. اگر خیلی ضخیم باشد، مقاومت سری افزایش مییابد. اگر خیلی نازک باشد، نمیتواند از آسیب اسپاتر یا انتشار یون جلوگیری کند. برای مطالعه این موضوع، یک تستر MPPT کامپوزیت پروسکایت با استفاده از شبیهساز خورشیدی LED درجه AAA به عنوان منبع نور پیری میتواند دمای سلول را به چندین روش کنترل کرده و محیط اطراف را مدیریت کند و تستهای پایداری طولانی مدت را انجام دهد.
این کار یک لایه دوگانه SnOx/AZO را از طریق فرآیند تمام-ALD میسازد. یک SnOx فوقنازک تراز باند را حفظ میکند، در حالی که یک لایه AZO رسانا مسیری با مقاومت کم فراهم میکند و به عنوان یک مانع متراکم عمل میکند. این کار استخراج بار و مسدودسازی فیزیکی را به دو وظیفه جداگانه تقسیم میکند. سلولهای پروسکایت تک اتصالی با باندگپ عریض با این ساختار به بازده 23.47% و دستگاههای تاندوم به 33.25% رسیدند. پس از 1000 ساعت تابش مداوم، آنها همچنان 96% از بازده اولیه خود را حفظ کردند که استراتژی سطح مشترک را تأیید میکند.
پارامترهای فنی
مشخصات تستر MPPT کامپوزیت پروسکایت
| پارامتر | مشخصات |
|---|---|
| درجه منبع نور | شبیهساز خورشیدی LED A+AA+ (3A+) |
| عمر منبع نور | 10,000 ساعت+ |
| خروجی طیفی (قابل تنظیم) | 350-400nm / 400-750nm / 750-1150nm، کنترل مستقل |
| اتاقک محیطی | دما و رطوبت ثابت اختیاری، مطابق با استاندارد ISOS |
| بار الکترونیکی | مدلهای متعدد، عملکرد مستقل چند کاناله |
| کاربرد | تست پایداری سلولهای تک اتصالی و تاندوم پروسکایت |
مزایای فنی
ساخت دو لایه ALD و عملکرد الکتریکی
تستهای تک اتصالی نشان داد که SnOx در 150 سیکل بهترین عملکرد را دارد. افزایش ضخامت، مقاومت سری را افزایش و فاکتور پرشوندگی را کاهش داد. برای کاهش محدودیت مقاومت، نویسندگان یک لایه میانی AZO رشد داده شده با ALD اضافه کردند. دو ساختار مقایسه شد: SnOx با 250 سیکل در مقابل SnOx با 100 سیکل به همراه AZO با 400 سیکل.
اندازهگیریهای J-V نشان داد که ترکیب SnOx/AZO عملکرد دستگاه را بهبود میبخشد. تحلیل سطح انرژی نشان داد که حداقل نوار رسانش از SnOx به AZO به IZO کاهش مییابد و یک آرایش نوار پلهای مطلوبتر ایجاد میکند که مانع استخراج در سطح مشترک را کاهش میدهد. c-AFM نشان داد که SnOx/AZO و AZO خالص رسانایی بسیار بهتری نسبت به SnOx خالص دارند. KPFM پتانسیل سطحی یکنواختتر و چگالی نقص کمتر را در فیلم پروسکایت SnOx/AZO نشان داد. طیفسنجی جذب گذرا استخراج سریعتر حامل را با SnOx/AZO تأیید کرد.
لایه ALD تخریب را سرکوب میکند
پس از 400 ساعت پیری در دمای 85 درجه سانتیگراد تحت تابش، نمونههای SnOx جذب قویتر یدید سرب در UV-vis، قلههای پراش Pb⁰ فلزی در XRD، و حفرههای سطح مشترک و توده در SEM مقطع عرضی نشان دادند. در نمونههای SnOx/AZO، این نشانههای تخریب بسیار ضعیفتر بودند. TOF-SIMS نفوذ سنگین Ag به لایه پروسکایت و انتشار شدید I⁻ را در دستگاههای SnOx نشان داد، در حالی که دستگاههای SnOx/AZO هیچ انتشار یونی آشکاری نشان ندادند.
پس از 7 روز در رطوبت نسبی 85٪، فیلم پوشیده شده با SnOx فاز δ زرد ایجاد کرد، اما SnOx/AZO سیاه باقی ماند. اندازهگیریهای PLQY تلفات بازترکیب غیرتابشی کمتر و حفظ PLQY بالاتر را پس از پیری برای SnOx/AZO نشان داد. KPFM افزایش زیادی در چگالی نقص سطحی برای نمونه SnOx پیر شده نشان داد، در حالی که SnOx/AZO به سختی تغییر کرد.
کاربرد محصول
عملکرد و پایداری سلول تک اتصالی
در دستگاههای تک اتصالی با ساختار ITO / NiOx / Me-4PACz / پروسکایت / C60 / لایه ALD / Ag، نمونه برتر SnOx/AZO به بازده 23.47٪، VOC 1.27 V، FF 83.92٪، JSC 22.07 mA/cm² دست یافت، با پسماند به وضوح کاهش یافته. چگالی جریان یکپارچه EQE برابر 21.62 mA/cm² بود که بالاتر از 20.92 mA/cm² دستگاه SnOx است. توان خروجی پایدار 23.12٪ بود. انرژی اورباخ 13.11 meV به دست آمد که کمتر از 16.38 meV دستگاه SnOx است.
در آزمایش پایداری، پس از 1100 ساعت پیری در تاریکی در دمای 85 درجه سانتیگراد، SnOx/AZO بیش از 90% از راندمان اولیه خود را حفظ کرد، در حالی که SnOx تا 600 ساعت به 85% کاهش یافت. تحت دمای 85 درجه سانتیگراد با نور، SnOx/AZO پس از 300 ساعت بالای 80% باقی ماند، در حالی که SnOx پس از 200 ساعت به زیر 60% رسید. در آزمایش MPPT، SnOx/AZO پس از 2000 ساعت 96% را حفظ کرد، در حالی که SnOx پس از 700 ساعت به 80% کاهش یافت.
عملکرد و پایداری سلول تاندوم
لایه دوگانه ALD در یک دستگاه تاندوم پروسکایت/TOPCon سیلیکونی ادغام شد. HAADF-STEM یک لایه دوگانه پیوسته و متراکم با SnOx حدود 10 نانومتر و AZO حدود 60 نانومتر، بدون حفره یا لایهبرداری نشان داد. HR-TEM تأیید کرد که SnOx آمورف است و EDS توزیع یکنواخت Zn را در AZO نشان داد.
دستگاه تاندوم برتر به راندمان 33.25%، VOC 1.98 ولت، JSC 20.83 میلیآمپر بر سانتیمتر مربع، FF 80.71%، با تقریباً هیچ هیسترزیسی دست یافت. EQE جریانهای نوری سلول بالایی و پایینی را به ترتیب 20.43 و 20.40 میلیآمپر بر سانتیمتر مربع نشان داد که تطابق خوبی دارد. توان خروجی تثبیتشده 32.38% بود.
پس از 1000 ساعت پیری حرارتی در دمای 85 درجه سانتیگراد، SnOx/AZO بالای 90% راندمان را حفظ کرد، در حالی که SnOx در عرض 400 ساعت به زیر 90% رسید. در آزمایش حرارت مرطوب (دو 85)، SnOx/AZO پس از 400 ساعت بالای 92% باقی ماند، در حالی که SnOx در عرض 200 ساعت به زیر 80% رسید. پس از 1000 ساعت نوردهی مداوم، SnOx/AZO بالای 96% را حفظ کرد، در حالی که SnOx در عرض 300 ساعت به زیر 80% کاهش یافت.
خلاصه مکانیزم
مزیت لایه دوگانه SnOx/AZO به دو چیز برمیگردد. کلاهک رسانای AZO استخراج الکترون را تسریع کرده و تجمع بار در سطح مشترک را کاهش میدهد، که تخریب سطح مشترک ناشی از واکنش را سرکوب میکند. در عین حال، لایه دوگانه متراکم به عنوان یک مانع مؤثر یونی و رطوبتی عمل میکند و از خوردگی نقره ناشی از یدید و مهاجرت Ag⁺ به داخل پروسکایت جلوگیری میکند. استخراج سریعتر الکترون همراه با مسدودسازی فیزیکی یون، یک مکانیزم "جداسازی عملکردی" ایجاد میکند، به طوری که دو اثر با هم دوام دستگاه را تقویت میکنند.
این مطالعه از یک لایه دوگانه تمام-ALD SnOx/AZO برای سرکوب تخریب ناشی از واکنش سطح مشترک در سلولهای تاندوم پروسکایت/سیلیکون استفاده میکند. لایه دوگانه، تراز باند خوب SnOx را با رسانایی بالا و عملکرد مانع متراکم AZO ترکیب میکند و تجمع بار را کاهش داده و از نفوذ یون و ورود رطوبت جلوگیری میکند. دستگاههای تکپیوندی به راندمان 23.47%، دستگاههای تاندوم به 33.25% دست یافتند و هر دو پس از 1000 ساعت MPPT بالای 96% از راندمان اولیه را حفظ کردند. این نشان میدهد که مهندسی سطح مشترک چقدر برای ساخت سلولهای فتوولتائیک تاندوم پروسکایت/سیلیکون با راندمان بالا و پایدار حیاتی است و به مسیری واقعی به سوی سلولهایی که هم کارآمد و هم بادوام هستند اشاره میکند.
تستر MPPT کامپوزیت پروسکایت، که حول یک شبیهساز خورشیدی LED A+AA+ به عنوان منبع نور پیری ساخته شده است، پشتیبانی قوی برای تحقیقات سلولهای خورشیدی پروسکایت فراهم میکند. از آنجایی که سلولهای پروسکایت به نور و دما بسیار حساس هستند، نقطه حداکثر توان آنها دائماً تغییر میکند. کنترلکننده MPPT آن نقطه را در زمان واقعی ردیابی و قفل میکند، بنابراین سیستم همیشه با بهترین توان خود خروجی میدهد. این امر بازده انرژی را به حداکثر میرساند و پایداری و اقتصاد کل سیستم PV را بهبود میبخشد.
مرجع: سرکوب واکنشهای سطحی در سلولهای خورشیدی تاندوم پروسکایت/سیلیکون از طریق یک لایه دوگانه SnOx/AZO تمام-ALD
دیدگاه Ooitech
آنچه در اینجا برجسته است، ایده "جداسازی عملکردی" است که به یک لایه نازک اجازه میدهد تراز باند را مدیریت کند و لایه دیگر مسدودسازی را انجام دهد، به جای اینکه یک فیلم SnOx مجبور به انجام هر دو کار شود و در یکی از آنها ضعیف عمل کند. در سمت تولید، یکنواختی انباشت ALD در سراسر یک ماژول با اندازه کامل دقیقاً همان جایی است که کنترل خط و اندازهشناسی اهمیت دارد، و این نوع جزئیات فرآیندی است که ما هنگام ساخت خطوط ماژول به آن وسواس داریم. اگر میخواهید ببینید که چگونه تولید ماژولهای پروسکایت و تاندوم در واقع در کارخانه انجام میشود، کانال یوتیوب Ooitech (www.youtube.com/ooitech) ارزش دنبال کردن دارد.
