Өнім туралы ақпарат

Монолитті перовскит/кремний тандемді күн элементтері бір қосылысты құрылғылардың тиімділік шегінен өтудің ең айқын жолдарының бірі болып табылады. Жоғарғы элемент пен төменгі элемент рекомбинациялық өзара байланыс қабаты арқылы тізбектей жалғанады, және бұл интерфейстің қаншалықты жақсы болуы тасымалдаушылардың тегіс тасымалдануы мен рекомбинациялануын анықтайды. Қиындық кремний гетероқосылысты (SHJ) төменгі элементінің микро-пирамидалы текстураланған бетінде жатыр. Пирамидалардың биіктігі шамамен 600 нм, және бұл жерде рекомбинациялық қабат оптикалық паразиттік жоғалтуға ұшырайды, ал өздігінен құрастырылатын моноқабат (SAM) ешқашан біркелкі таралмайды. Уақыт өте келе бұл құрылғының өнімділігін төмендетеді.

Бұл жұмыс 2-ден 30 нм-ге дейінгі қалыңдықтағы индий қалайы оксиді (ITO) өзара байланыс қабаттарын өлшеді және 8 нм ультра жұқа қабат бірден екі фронтта ең жақсы жұмыс істейтінін анықтады: оптикалық жоғалтуды азайту және беттік потенциалдың біркелкілігін жақсарту. NiOx модификациясы мен Poly-SAM функционализациясы үстіне қосылғаннан кейін, қысқа тұйықталу ток тығыздығы 0,85 мА см⁻²-ге өсіп, 20,82 мА см⁻²-ге жетті, қуатты түрлендіру тиімділігі 31,80% құрады, ал 500 сағаттық максималды қуат нүктесін бақылаудан кейін құрылғы бастапқы тиімділігінің 96% сақтады.

Эксперименттік Әдіс

SHJ төменгі элементі n-типті кремний пластиналарын, қалыңдығы 110 ± 10 мкм, KOH екі жақты текстураланған пирамидаларға (биіктігі шамамен 600 нм) пайдаланды. RCA тазалаудан кейін PECVD пассивация және допирленген қабаттарды ретімен тұндырды: алдыңғы жағы 8 нм ішкі a-Si:H(i) плюс 15 нм n-типті nc-SiOx:H(n) алды, артқы жағы 8 нм p-типті a-Si:H(p) алды, содан кейін 110 нм ITO шашыратылды және 700 нм Ag буландырылды. Алдыңғы жағында алты ITO өзара байланыс қалыңдығы бөлек тұндырылды: 2, 5, 8, 10, 20 және 30 нм, 180°C температурада күйдірілді және лазермен сызылды.

Перовскиттің жоғарғы ұяшығы осы жолмен жүрді. Төменгі ұяшық алдымен күйдіріліп, УК-озонмен өңделді, содан кейін NiOx магнетронды тозаңдату арқылы тұндырылды, одан кейін тағы бір күйдіру және УК-озон кезеңі жүргізілді. Азотты қолғап қорабында Poly-SAM айналдыра жабындымен (0.5 мг мл⁻¹, еріткіш метанол және хлорбензол 1:1 қатынасында) жабылып, 100°C температурада күйдірілді. Перовскит Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅₅Br₀.₂₅₅)₃ болды, 1.68 эВ тыйым салынған аймағымен, екі кезеңде айналдыра жабындымен жабылды, жоғары жылдамдықты кезеңде хлорбензол антиеріткіш ретінде тамшылатылып, 100°C температурада 20 минут бойы күйдірілді. Беті PDADI көмегімен түзетілді, содан кейін C₆₀ термиялық булану арқылы, SnO₂ ALD арқылы өсірілді, 45 нм IZO тозаңдатылды, Ag электродтары буланып, соңында MgF₂ шағылысуға қарсы пленка қабатын жапты.

Техникалық артықшылықтар

ITO байланыстырушы қабатының оптоэлектрондық қасиеттері

(a) Rsh, Ne және µ қалыңдыққа қарсы (n = 10); (b) ITO қабатының оптикалық жұтылуы және шағылысуы; (c) жұмыс функциясы қалыңдыққа қарсы; (d) NiOx өңдеуінен кейін әртүрлі қалыңдықтардағы жұмыс функциясының ығысуы (ΔWF); (e) NiOx-модификацияланған ITO-дағы SAM таралуының схемалық суреті; (f) 2–30 нм байланыстырушы ITO-ның KPFM беттік потенциал карталары; (g) NiOx және Poly-SAM функционализациясына дейін және одан кейін 8 нм байланыстырушы ITO-ның KPFM беттік потенциал карталары.

Холл эффектісінің өлшеулері пленка қалыңдығы артқан сайын беттік кедергінің төмендейтінін көрсетті, бұл күтілетін нәтиже. Тасымалдаушы концентрациясы 8-ден 30 нм-ге дейін шамамен 2.8-ден 3.5 × 10²⁰ см⁻³-ге дейін тұрақты болды, бірақ 8 нм-ден төмен түскенде төмендей бастайды. Қозғалғыштық 2-ден 8 нм-ге дейінгі тар терезеде аздап төмендеді, бұл пленка тұтастығының сақталғанын көрсетеді. 8 нм дәл беттік кедергі жеткілікті төмен және электрлік өнімділік әлі нашарламаған оңтайлы нүктеге келеді.

(a) Текстураланған c-Si төменгі ұяшығының бетіндегі ITO қабатының O 1s жоғары ажыратымдылықтағы XPS спектрінің шыңға сәйкестендірілгені. (b) NiOx модификациясына дейін және одан кейін текстураланған c-Si төменгі ұяшығындағы 8 нм ITO қабатының жоғары ажыратымдылықтағы XPS спектрлері. (c) Текстураланған c-Si төменгі ұяшығындағы 8 нм ITO қабатының көлденең қимасының SEM кескіні. (d) 8 нм ITO үлгісінің фокусталған аймағының сәйкес EDS элементтік карталары, жоғарғы оң жақта түс-элемент белгісімен.

Оптикалық тұрғыдан, ITO-ны жұқарту 450 нм-ден жоғары шағылысуды да, жұтылуды да төмендетті, бұл деструктивті интерференция және әлсіз еркін тасымалдаушы жұтылуының арқасында.

• UPS жұмыс функциясы қалыңдық азайған сайын өсетінін көрсетті, ал NiOx модификациясы мен күйдіруден кейін жұмыс функциясының ығысуы 8 нм-де шыңға жетті.

• KPFM аудандық сканерлеуі 10 нм-ден төмен ITO барлық жергілікті шунт нүктелерін басып тастағанын, ал 8 нм ең жақсы біркелкілікті бергенін анықтады.

• XPS қызықты детальді ашты: 8 нм ITO бетінде 20 нм-ге қарағанда гидроксил тығыздығы жоғары болды және бұл гидроксилдер NiOx-пен In─O─Ni көпір байланыстарын құрып, NiOx-тың біркелкі таралуына және берік жабысуына мүмкіндік берді. Модификациядан кейін In сигналы толығымен жойылды, бұл жабын қабатының сапасы өте жақсы болғанын және кейінгі SAM өздігінен құрастырылуына жақсы негіз қалағанын көрсетеді.

• SEM және EDS 8 нм ITO текстура үстінде конформды жабын бергенін растады.

Тандемдік ұяшықтың фотоэлектрлік өнімділігі

(a) Перовскит/кремний тандемдік ұяшықтарындағы Jsc өзгерісі; (b) Voc өзгерісі; (c) FF өзгерісі; (d) PCE өзгерісі; (e) ITO-дағы тандемдік ұяшықтың көлденең қима SEM кескіні; (f) ITO-дағы перовскит пленкасының XRD үлгісі; (g) ITO-дағы перовскит пленкасының тұрақты күйдегі PL спектрі; (h) нормаланған тұрақты күйдегі PL қисықтары; (i) ITO-дағы перовскит пленкасының өтпелі TRPL ыдырау спектрлері; (j) Тандемдік ұяшықтың фотолюминесценция кескіні, белсенді ауданы 0.928 см².

Барлық алты ITO өзара байланыс қалыңдығы J-V сынағынан өтті.

• 5 нм-ден төмен Voc және FF қатты төмендеді. Voc 1.7 В-тан асыра алмады және PCE небәрі 21.68% болды, бұл негізінен пирамидалық текстурада пленканың үздіксіз болмауына байланысты.

• 8 нм ең жақсы жауап болды. Көлденең қима SEM ультра жұқа ITO-да (10 нм-ден төмен) перовскит дәндерінің үлкенірек және тығызырақ екенін көрсетті, ал XRD жақсартылған кристалдық сапаны растады, бірақ 5 нм үлгісі PbI₂ шыңын көрсетті, бұл деградацияның басталғанының белгісі. Тұрақты күйдегі PL қарқындылығы 30 нм-ден 8 нм-ге дейін өсті, содан кейін қайта төмендеді, сондықтан 8 нм ең төмен ақау тығыздығына сәйкес келетін шыңда орналасты.

• Нормаланған PL сипаттамалық шыңы жылжымады, яғни интерфейстік радиациялық емес рекомбинацияның сипаты өзгеріссіз қалды. TRPL тасымалдаушылардың өмір сүру ұзақтығы да 8 нм-де ең ұзын болды. Бұл нәтижелер Poly-SAM әкелетін күштірек таза диполь және біркелкі жұмыс функциясына байланысты, бұл Voc және FF-ті бірге көтереді. PL бейнелеу сонымен қатар перовскит суб-ұяшығы ішінде суб-микрондық біркелкі еместікті анықтады, бірақ ультра жұқа жоғары кедергілі ITO қабаты жоғары көлденең кедергіге ие, сондықтан жергілікті шунттау әсері тиімді түрде шектелді және бүкіл құрылғыны төмендетпеді.

Ток тығыздығын жақсарту

(a) Перовскит және кремний ішкі элементтерінің 8 нм ITO өзара байланыс қабаты кезіндегі EQE қисықтары; (b) Бастапқы және оңтайландырылған тандемдік элементтердің EQE қисықтары.

Алдыңғы IZO қабаты Aw × Rsheet⁻¹ сапа көрсеткіші бойынша бағаланды, және 45 нм ең жақсы нәтиже көрсетті. Өзара байланыс ITO қабатын 20 нм-ден 10 нм-ге, содан кейін 8 нм-ге дейін жұқарту орташа Jsc мәнін 19.78-ден 19.96-ға, одан 20.55 мА см⁻²-ге дейін арттырды. Перовскит және кремний ішкі элементтерінің EQE-интеграцияланған ток тығыздықтары сәйкесінше 20.64 және 20.51 мА см⁻² құрады, бұл J-V деректеріне сәйкес келеді. 20 нм ITO-мен салыстырғанда, 8 нм перовскит ішкі элементіне қосымша 0.06 мА см⁻², ал кремний ішкі элементіне қосымша 0.47 мА см⁻² берді, ең көп өсім кремний төменгі элементінің жақын инфрақызыл үлесінде байқалды.

Өнімді қолдану

Құрылғы өнімділігі және тұрақтылығы

(a) Перовскит/кремний тандемдік күн элементінің схемалық құрылымы және фотографиясы; (b) Тандемдік элементтің көлденең қимасының SEM суреті; (c) Бір қосылысты перовскит және кремний ішкі элементтерінің J-V қисықтары; (d) Жоғары өнімді элементтің репрезентативті J-V қисығы; (e) 30 нм-ден 2 нм-ге дейінгі ITO өзара байланыс қабаттарындағы перовскит/кремний тандемдік элементтерінің Rs өзгеруі; (f) 1 күн жарықтандыру кезіндегі инкапсуляцияланған тандемдік элементтің MPPT сынақ нәтижелері.

ITO өзара байланыс қалыңдығы оңтайландырылғаннан кейін, тандемдік құрылғылардың орташа PCE мәні 28.64%-дан 30.67%-ға дейін өсті. 2 нм ITO кезіндегі сериялық кедергі Rs 41.26 Ом-ға дейін жетті, сондықтан сериялық қосылыс негізінен үзілді. 8 нм кезіндегі Rs әлдеқайда төмен болды, ішкі кедергі төмендеді және максималды қуат нүктесіне жақын жердегі кернеу жоғалуы азайды. Тұрақтылық бойынша, 8 нм ITO тандемдік элементі 500 сағат MPPT-ден кейін бастапқы PCE-нің 96% сақтады, ал 20 нм элемент тек 90% сақтады, бұл оны TCO/SAM өзара байланыс тобындағы ең тұрақтылардың біріне айналдырды. Неге сонша тұрақты? Поли-SAM жабыны жоғары, және перовскит кристалдануы онымен бірге жақсарады.

SAM қамтитын аймақтардың беттік энергиясы төмен, ал фосфон қышқылы топтары Pb²⁺ және FA⁺-мен үйлесіп, перовскиттің баяу және ретті өсуіне бағыт береді, нәтижесінде түйіршіктер үлкен болады. Жалаңаш ITO аймақтарында мұндай үлгі эффектісі жоқ, ядро түзілу жылдам және ретсіз жүреді, ал түйіршіктер көптеген түйіршік шекараларымен кішкентай болады. Сонымен қатар, Poly-SAM интерфейстегі қанықпаған байланыстар мен галогендік бос орындарды пассивациялайды, галоген миграциясы басылады және деградация баяулайды. Өте жұқа ITO-ның өзі әкелетін біркелкі беттік потенциал да көмектеседі, және бірнеше факторлардың жиынтығы құрылғының қызмет ету мерзімін арттырады.

Мұндағы MPPT тұрақтылық сынағы 3A+ класты LED күн симуляторын қартаю жарық көзі ретінде пайдаланады, ол ұяшық температурасын және қоршаған атмосфераны бірнеше жолмен басқарып, ұзақ мерзімді тұрақтылық сынағын жүргізуге мүмкіндік береді.

Қорытынды және болашаққа көзқарас

8 нм перовскит/кремний тандемді ұяшықтар үшін оңтайлы ITO өзара байланыс қалыңдығы болып табылады. Бұл қалыңдық перовскиттің кристалдық сапасын көтереді және паразиттік сіңіруді төмендетеді. NiOx модификациясынан және Poly-SAM функционализациясынан кейін беттік потенциал біркелкі болады және жұмыс функциясының ығысуы айқынырақ болады. 8 нм ITO бетінде көбірек гидроксилдер болады, NiOx біркелкі таралады, SAM тығыз оралады, ал текстура үстіндегі конформды жабын SEM және EDS арқылы расталды. Кәдімгі 20 нм ITO-мен салыстырғанда, оңтайландырылған құрылғы 31.80% рекордтық тиімділікке қол жеткізді, Jsc 0.85 мА см⁻²-ге артты және 500 сағат MPPT-дан кейін бастапқы тиімділіктің 96% сақталды.

Алдағы уақытта әлі де жақсартуға көп нәрсе бар. Артқы текстура мен оптикалық рефлекторды кремний төменгі ұяшығындағы жарық тұзағын күшейту, оның тогын арттыру және ток сәйкестігін дәлдеу үшін одан әрі жетілдіруге болады. FF және Voc жалпы тиімділікті шектейтін негізгі кедергілер болып қалады, сондықтан контактілі пассивация стратегияларын тереңдету қажет. Кремний негізіндегі туннельдік өткелдер сияқты балама өзара байланыс архитектураларын да сынап көру керек. Өндіріске масштабтау кезінде TCO қалыңдығы мен металдандыру торының дизайнын бірге реттеу керек, сонда үлкен аудандарда көлеңкелеу тым ауыр болмайды және бүйірлік өткізгіштік зардап шекпейді. Ал жұқа қабатпен индий қолданылуы азаяды, сондықтан тұрақтылық та пайда көреді.

Ooitech көзқарасы

Мұнда ерекше назар аударатын нәрсе - ITO-ның бірнеше нанометрі 600 нм пирамидалық текстурада оптиканы да, кристалдануды да өзгерте алады және дәл осы конформды жабу мәселесі тандемдік желілер зертханалық үлгілерден толық өлшемді модульдерге ауысқанда пайда болады. Өндіріс алаңында таббер-стрингер, жинау және ламинациялау кезеңдері осы нәзік интерконнект және SAM интерфейстерін ескеруі керек, сондықтан біркелкі, жақсы бапталған модуль желісінің жабдығы өз құндылығын көрсетеді. Бұл процестердің нақты зауыт масштабында қалай көрінетінін білгіңіз келсе, Ooitech YouTube арнасы www.youtube.com/ooitech - қарауға тұрарлық.