Efficienza del 33,25%, ritenzione MPPT del 96% dopo 1000 ore:

Risposta rapida: Una cella tandem perovskite-silicio ha raggiunto un'efficienza del 33,25% mantenendo il 96% del suo punto di massima potenza dopo 1000 ore di test. Questa combinazione è il punto chiave: i record di efficienza delle celle tandem non sono più il vincolo, la stabilità lo è. La cella sovrappone una giunzione superiore in perovskite a una giunzione inferiore in silicio, in modo che ciascuna assorba la parte dello spettro che converte meglio, ed è questo che spinge l'efficienza ben oltre il tetto di circa il 27% di una cella in silicio a singola giunzione. Il risultato di stabilità ha comportato esposizione a caldo umido a 85 °C, e le misurazioni hanno utilizzato intervalli spettrali intorno a 400 nm, 750 nm e 1150 nm. Per la produzione di moduli, le celle tandem impongono finestre di laminazione più strette rispetto al solo silicio, perché lo strato di perovskite è più sensibile all'umidità e alla temperatura rispetto al silicio sottostante.

Produzione di moduli fotovoltaici · di Jerry, Ooitech

Introduzione al prodotto

Le celle tandem perovskite/silicio hanno già raggiunto un'efficienza del 35%. Il problema è la stabilità. Questi dispositivi sono ancora lontani dalla durata di 25 anni richiesta per la commercializzazione, e la causa principale risiede nelle interfacce. Lì si accumula carica, e questo accumulo innesca reazioni redox e migrazione ionica.

Lo strato di trasporto elettronico ALD-SnOx, ampiamente utilizzato, presenta un compromesso sulla spessore a causa della sua elevata resistività. Se troppo spesso, la resistenza in serie aumenta. Se troppo sottile, non riesce a bloccare i danni da sputtering o la diffusione ionica. Per studiare questo, un tester MPPT composito per perovskite che utilizza un LED di grado AAA simulatore solare come sorgente luminosa di invecchiamento può controllare la temperatura della cella in diversi modi e gestire l'ambiente circostante, eseguendo test di stabilità a lungo termine.

Questo lavoro costruisce un doppio strato SnOx/AZO attraverso un processo completamente ALD. Un SnOx ultrasottile mantiene l'allineamento di banda, mentre uno strato conduttivo di AZO fornisce un percorso a bassa resistenza e agisce come barriera densa. Questo separa l'estrazione di carica e il blocco fisico in due compiti distinti. Le celle perovskite a banda larga a giunzione singola con questa struttura hanno raggiunto un'efficienza del 23,47%, e i dispositivi tandem hanno raggiunto il 33,25%. Dopo 1000 ore di illuminazione continua hanno mantenuto il 96% della loro efficienza iniziale, il che supporta la strategia dell'interfaccia.

Parametri tecnici

Specifiche del Tester MPPT Composito per Perovskite

Vantaggi Tecnici

Fabbricazione di strati ALD e prestazioni elettriche

I test a giunzione singola hanno mostrato che SnOx funziona meglio a 150 cicli. Aumentare lo spessore ha aumentato la resistenza serie e ridotto il fattore di riempimento. Per attenuare il limite di resistività, gli autori hanno aggiunto uno strato intermedio di AZO cresciuto con ALD. Sono stati confrontati due stack: SnOx a 250 cicli rispetto a SnOx a 100 cicli più AZO a 400 cicli.

Le misure J-V hanno mostrato che la combinazione SnOx/AZO ha migliorato le prestazioni del dispositivo. L'analisi dei livelli energetici ha trovato che il minimo della banda di conduzione scende da SnOx ad AZO a IZO, formando un allineamento a scala più favorevole che abbassa la barriera di estrazione all'interfaccia. c-AFM ha mostrato che SnOx/AZO e AZO puro conducono molto meglio di SnOx puro. KPFM ha mostrato un potenziale superficiale più uniforme e una minore densità di difetti sul film di perovskite SnOx/AZO. La spettroscopia di assorbimento transitorio ha confermato un'estrazione dei portatori più rapida con SnOx/AZO.

Lo strato ALD sopprime la degradazione

Dopo 400 ore di invecchiamento a 85°C sotto illuminazione, i campioni con SnOx hanno mostrato un assorbimento più forte dello ioduro di piombo in UV-vis, picchi di diffrazione di Pb⁰ metallico in XRD, e vuoti all'interfaccia più perdita di massa nella sezione trasversale SEM. Nei campioni SnOx/AZO, questi segni di degradazione erano molto più deboli. TOF-SIMS ha mostrato una forte penetrazione di Ag nello strato di perovskite e una grave diffusione di I⁻ nei dispositivi con SnOx, mentre i dispositivi SnOx/AZO non hanno mostrato una diffusione ionica evidente.

Dopo 7 giorni a 85% di umidità relativa, il film ricoperto con SnOx ha sviluppato una fase δ gialla, ma SnOx/AZO è rimasto nero. Le misure PLQY hanno mostrato una minore perdita di ricombinazione non radiativa e una maggiore ritenzione di PLQY dopo l'invecchiamento per SnOx/AZO. KPFM ha mostrato un grande aumento della densità di difetti superficiali per il campione SnOx invecchiato, mentre SnOx/AZO è cambiato appena.

Applicazione del prodotto

Prestazioni e stabilità della cella a giunzione singola

Nei dispositivi a giunzione singola con struttura ITO / NiOx / Me-4PACz / perovskite / C60 / strato ALD / Ag, il campione campione SnOx/AZO ha raggiunto un'efficienza del 23,47%, VOC 1,27 V, FF 83,92%, JSC 22,07 mA/cm², con isteresi chiaramente ridotta. La densità di corrente integrata EQE era 21,62 mA/cm², superiore ai 20,92 mA/cm² del dispositivo SnOx. La potenza stabilizzata era 23,12%. L'energia di Urbach era 13,11 meV, inferiore ai 16,38 meV del dispositivo SnOx.

Sulla stabilità, dopo 1100 ore di invecchiamento al buio a 85°C, SnOx/AZO ha mantenuto oltre il 90% dell'efficienza iniziale, mentre SnOx era sceso all'85% dopo 600 ore. Sotto 85°C con illuminazione, SnOx/AZO ha mantenuto oltre l'80% dopo 300 ore, mentre SnOx è sceso sotto il 60% dopo 200 ore. Nel test MPPT, SnOx/AZO ha mantenuto il 96% dopo 2000 ore, mentre SnOx è sceso all'80% dopo 700 ore.

Prestazioni e stabilità della cella tandem

Il bilayer ALD è stato integrato in un dispositivo tandem perovskite/TOPCon silicio. HAADF-STEM ha mostrato un bilayer continuo e denso con SnOx di circa 10 nm e AZO di circa 60 nm, senza fori o delaminazione. HR-TEM ha confermato che lo SnOx è amorfo, e EDS ha mostrato una distribuzione uniforme dello Zn nell'AZO.

Il dispositivo tandem campione ha raggiunto un'efficienza del 33,25%, VOC di 1,98 V, JSC di 20,83 mA/cm², FF dell'80,71%, con quasi nessuna isteresi. L'EQE ha mostrato fotocorrenti delle celle superiore e inferiore di 20,43 e 20,40 mA/cm², un buon abbinamento. La potenza stabilizzata in uscita era del 32,38%.

Dopo 1000 ore di invecchiamento termico a 85°C, la SnOx/AZO ha mantenuto oltre il 90% di efficienza, mentre la SnOx è scesa sotto il 90% entro 400 ore. Nel test di calore umido (doppio 85), la SnOx/AZO è rimasta sopra il 92% dopo 400 ore, mentre la SnOx è scesa sotto l'80% entro 200 ore. Dopo 1000 ore di illuminazione continua, la SnOx/AZO ha mantenuto oltre il 96%, mentre la SnOx è scesa sotto l'80% entro 300 ore.

Sintesi del meccanismo

Il vantaggio del doppio strato SnOx/AZO si riduce a due cose. Il cappuccio conduttivo di AZO accelera l'estrazione degli elettroni e riduce l'accumulo di carica all'interfaccia, il che sopprime il degrado dell'interfaccia guidato dalle reazioni. Allo stesso tempo, il doppio strato denso agisce come una barriera efficace contro ioni e umidità, trattenendo la corrosione dell'argento indotta dallo ioduro e la migrazione di Ag⁺ nella perovskite. L'estrazione più rapida degli elettroni abbinata al blocco fisico degli ioni dà un meccanismo di "disaccoppiamento funzionale", quindi i due effetti rafforzano insieme la durata del dispositivo.

Questo studio utilizza un doppio strato tutto-ALD SnOx/AZO per sopprimere il degrado guidato dalle reazioni all'interfaccia nelle celle tandem perovskite/silicio. Il doppio strato abbina il buon allineamento di banda della SnOx con l'elevata conducibilità e la funzione di barriera densa dell'AZO, riducendo l'accumulo di carica e trattenendo la diffusione degli ioni e l'ingresso di umidità. I dispositivi a giunzione singola hanno raggiunto un'efficienza del 23,47%, i dispositivi tandem del 33,25%, e entrambi hanno mantenuto oltre il 96% dell'efficienza iniziale dopo 1000 ore di MPPT. Questo mostra quanto sia centrale l'ingegneria dell'interfaccia per costruire celle tandem perovskite/silicio ad alta efficienza e stabili, e indica un percorso reale verso celle che siano sia efficienti che durevoli.

Il tester MPPT composito per perovskite, costruito attorno a un simulatore solare a LED A+AA+ come sorgente luminosa per l'invecchiamento, fornisce un forte supporto alla ricerca sulle celle solari a perovskite. Poiché le celle a perovskite sono così sensibili alla luce e alla temperatura, il loro punto di massima potenza si sposta costantemente. Il controller MPPT traccia e blocca quel punto in tempo reale, quindi il sistema produce sempre alla sua massima potenza. Questo massimizza la resa energetica e migliora la stabilità e l'economicità dell'intero sistema fotovoltaico.

Riferimento: Soppressione delle Reazioni Interfacciali nelle Celle Solari Tandem Perovskite/Silicio tramite un Doppio Strato SnOx/AZO Tutto-ALD

Il Punto di Vista di Ooitech

Ciò che colpisce qui è l'idea del "disaccoppiamento funzionale", lasciando che un sottile strato gestisca l'allineamento di banda e un altro gestisca il blocco, invece di forzare un singolo film di SnOx a fare entrambi i lavori e perdere su uno di essi. Sul lato produttivo, l'uniformità dello stack ALD su un modulo a grandezza naturale è esattamente dove il controllo di linea e la metrologia contano, ed è il tipo di dettaglio di processo su cui ci concentriamo quando costruiamo linee di moduli. Se vuoi vedere di più su come la produzione di moduli perovskite e tandem si concretizza realmente sul piano di fabbrica, il canale YouTube di Ooitech (www.youtube.com/ooitech) vale la pena di essere seguito.