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建議使用設(shè)備
· Enlitech SS-X系列_AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器
· Enlitech QE-R_PV/太陽能電池量子效率測(cè)量系統(tǒng)-
研究背景
PSCs 因其高效率、低成本等優(yōu)點(diǎn)成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并展現(xiàn)出巨大的商業(yè)化潛力。在眾多 PSCs 結(jié)構(gòu)中，反式結(jié)構(gòu)（p-i-n）因其制備工藝簡單、可與柔性襯底兼容等優(yōu)勢(shì)，備受關(guān)注。與傳統(tǒng)的正置結(jié)構(gòu) (n-i-p) 相比，反式結(jié)構(gòu) PSCs 具有更高的填充因子 (FF) 和更低的遲滯效應(yīng)，使其在柔性、透明和疊層太陽能電池等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。
然而，反式 PSCs 的性能仍落后于常規(guī)結(jié)構(gòu)，其主要原因之一是界面缺陷導(dǎo)致的非輻射復(fù)合損失。為了提高反式 PSCs 的性能，研究人員通常采用功能劑進(jìn)行表面修飾，例如在鈣鈦礦/空穴傳輸層界面引入有機(jī)小分子來鈍化缺陷，提高電荷提取效率。然而，分子的固有特性對(duì)最終器件性能的影響卻被忽視了。一些功能劑，例如常用的空穴傳輸材料 bathocuproine (BCP)，本身具有 n 型摻雜特性，可能會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng) BCP 直接與鈣鈦礦接觸時(shí)，它傾向于從鈣鈦礦中提取電子，導(dǎo)致鈣鈦礦表面帶正電，形成不利于空穴傳輸?shù)哪軒澢瑥亩档推骷阅堋?/span>
研究方法
1. 表面重構(gòu)策略：化解 LC 分子負(fù)面影響，變廢為寶
為了解決上述問題，馮江山、劉生忠和方志敏團(tuán)隊(duì)提出了一種表面重構(gòu)策略，將 BCP 分子從潛在的 n 型摻雜劑轉(zhuǎn)化為高效的鈍化劑。該策略巧妙地利用溶劑和欠配位 Pb2+ 離子，將原本可能導(dǎo)致 n 型摻雜的 LC 分子轉(zhuǎn)化為高效的鈍化劑，實(shí)現(xiàn)了器件性能的突破。該策略包含兩個(gè)關(guān)鍵步驟：
l 溶解：首先，將 BCP 分子溶解在溶劑中，使其從鈣鈦礦表面脫附。該步驟的關(guān)鍵在于選擇合適的溶劑，既能有效溶解 BCP，又不破壞鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)。研究人員篩選了多種溶劑，最終發(fā)現(xiàn)異丙醇 (IPA) 具有最佳的溶解性和相容性。
l 捕獲：利用鈣鈦礦表面的欠配位 Pb2+ 離子捕獲溶解的 BCP 分子，使其重新結(jié)合到鈣鈦礦表面，形成更加穩(wěn)定的化學(xué)鍵，并有效鈍化缺陷。該步驟的關(guān)鍵在于控制溶劑的揮發(fā)速度，使 BCP 分子能夠在鈣鈦礦表面均勻分布，并與欠配位 Pb2+ 離子結(jié)合。埋底界面和體相鈍化：雙重策略抑制非輻射復(fù)合。通過這種方法，BCP 分子不再直接接觸電子傳輸層，避免了 n 型摻雜效應(yīng)，同時(shí)可以有效地鈍化鈣鈦礦表面的缺陷，提高器件的 Voc 和 FF。
2. 作用機(jī)制分析：多重表征揭示性能提升的關(guān)鍵
l 飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜 (TOF-SIMS) 證實(shí)了 BCP 分子在鈣鈦礦表面的重新分布。與直接旋涂 BCP 的樣品相比，表面重構(gòu)處理后的樣品中 BCP 分子更加均勻地分布在鈣鈦礦表面，表明 BCP 分子與鈣鈦礦形成了更強(qiáng)的化學(xué)鍵合。
l 掃描電子顯微鏡 (SEM) 和原子力顯微鏡 (AFM) 顯示 BCP 處理后的鈣鈦礦薄膜具有更平整的表面形貌和更大的晶粒尺寸，這有利于減少晶界缺陷和提高電荷傳輸效率。
l 紫外-可見吸收光譜和反射光譜 表明 BCP 處理可以提高鈣鈦礦薄膜的光吸收效率，從而提高器件的 Jsc。
l 紫外光電子能譜 (UPS) 和電容-電壓 (C-V) 測(cè)量 揭示了 BCP 處理可以優(yōu)化器件的能級(jí)排列，減少缺陷密度，從而提高器件的 Voc 和 FF。
l 穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨光致發(fā)光 (PL) 光譜 表明表面重構(gòu)處理可以有效鈍化鈣鈦礦表面的缺陷，延長載流子的壽命，從而提高器件的效率。
l 電化學(xué)阻抗譜 (EIS) 測(cè)量進(jìn)一步證實(shí)表面重構(gòu)策略可以降低器件的電荷傳輸阻抗，提高電荷提取效率，從而提升器件的 FF。
研究結(jié)果與討論_器件性能提升：效率和穩(wěn)定性雙雙突破
研究結(jié)果表明，表面重構(gòu)策略可以顯著提高 NiOx 基反式 PSCs 的器件性能。基于該策略制備的器件實(shí)現(xiàn)了 25.64% 的 рекорд 效率，開路電壓 (Voc) 明顯提高，短路電流 (Jsc) 達(dá)到 25.61 mA/cm2，填充因子 (FF) 高達(dá) 85.8%。此外，器件在暴露于環(huán)境條件約 1500 小時(shí)后仍保持了 80% 以上的初始效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。瞬態(tài)光致發(fā)光 (TRPL) 和 PLQY 測(cè)試結(jié)果表明，CsFa 鈍化有效地抑制了非輻射復(fù)合，延長了載流子壽命，從而提高了器件效率。熱導(dǎo)納譜 (TAS) 測(cè)量進(jìn)一步證實(shí)，CsFa 處理后的鈣鈦礦薄膜具有低的缺陷態(tài)密度。
結(jié)論與展望
這項(xiàng)研究開發(fā)了一種簡單有效的表面重構(gòu)策略，通過減輕 LC 分子的不利影響，顯著提高了 NiOx 基反式 PSCs 的效率和穩(wěn)定性。該策略為制備高性能反式 PSCs 提供了新思路，并為鈣鈦礦光伏技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，推動(dòng)鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。
本文參數(shù)圖:
Fig S4_展示了對(duì)照樣品和 CL-BCP 樣品的電流-電壓（J-V）遲滯曲線。說明表面重構(gòu)策略可以有效地減少器件的 J-V 遲滯現(xiàn)象，這表明 CL-BCP 器件具有更好的電荷提取能力和更低的缺陷密度。
Fig S5_ 五種不同器件結(jié)構(gòu)的光伏參數(shù)，包括對(duì)照樣品（CT）、在電子傳輸層上旋涂 BCP 的樣品（E-OS-BCP）、在電子傳輸層上經(jīng)過表面重構(gòu)處理的樣品（E-CL-BCP）、在鈣鈦礦層上旋涂 BCP 的樣品（S-OS-BCP）和在鈣鈦礦層上經(jīng)過表面重構(gòu)處理的樣品（S-CL-BCP）。表明表面重構(gòu)策略可以顯著提高器件的效率。S-CL-BCP 器件的效率高，這表明將 BCP 應(yīng)用于鈣鈦礦層并進(jìn)行表面重構(gòu)處理是最佳的器件結(jié)構(gòu)。
Fig S9_(a) 開路電壓隨光強(qiáng)變化的關(guān)係，(b) 暗電流-電壓 (J-V) 曲線，以及 (c) 器件在空氣中的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。表明表面重構(gòu)策略可以提高器件的 Voc、降低暗電流，并提升器件的長期穩(wěn)定性。
原文出處: Advanced Materials
推薦設(shè)備_ SS-X系列集成式解決方案_ AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器+ 軟件: IVS-KA6000 + IVS-KA-Viewer
AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器
l A+ 光譜：接近 AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜
l A+ 輻照度的時(shí)間不穩(wěn)定性
l SS-IRIS：自主研發(fā)技術(shù)自動(dòng)光強(qiáng)操控
l 適合與手套箱集成的輸出光束方向
IVS-KA6000：IV測(cè)量軟件
所有 SS-X 系列太陽光模擬器都可以通過 IVS-KA6000 軟件進(jìn)行控制，該軟件是 IV 測(cè)量軟件，可用于準(zhǔn)確的 PV 表征。不僅是光閘，輸出光輻照度也可以通過 IVS-KA6000 IV 軟件進(jìn)行操控，幫助用戶輕松完成不同光強(qiáng)下復(fù)雜的 IV 測(cè)試或 Sun- Voc 測(cè)試。來自 IVS-KA6000 的所有 IV 數(shù)據(jù)都可以通過 IVS-KA-Viewer 讀取和分析，這是另一款多功能分析軟件。
KA-Viewer IV 分析軟件
推薦設(shè)備_ QE-R_流行和值得信賴的 QE / IPCE 系統(tǒng)
具有以下特色優(yōu)勢(shì)：
l 高精度: QE-R 系統(tǒng)采用高精度光譜儀和校準(zhǔn)光源，確保 EQE 測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
l 寬光譜范圍: QE-R 系統(tǒng)的光譜范圍覆蓋紫外到近紅外區(qū)域，適用于各種光伏材料和器件的 EQE 測(cè)量。
l 快速測(cè)量: QE-R 系統(tǒng)具有快速掃描和數(shù)據(jù)采集功能，能夠高效地進(jìn)行 EQE 光譜測(cè)量。
l 易于操作: QE-R 系統(tǒng)軟件界面友好，操作簡單方便，即使是初學(xué)者也能輕松上手。
l 多功能: QE-R 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行 EQE 測(cè)量，還可以進(jìn)行反射率、透射率等光學(xué)特性的測(cè)量，具有多功能性。
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