Efficienza del 33,25%, Mantenimento del 96% dell'MPPT dopo 1000 Ore: Il Doppio Strato SnOx/AZO Tutto-ALD Sopprime le Reazioni di Interfaccia nei Tandem Perovskite/Silicio

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 incontra un compromesso di spessore a causa della sua alta resistività. Troppo spesso, e la resistenza in serie aumenta. Troppo sottile, e non può bloccare i danni da sputtering o la diffusione ionica. Per studiare questo, un tester MPPT composito per perovskite che utilizza un simulatore solare a LED di grado AAA come sorgente luminosa per l'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 doppio strato ALD è stato integrato in un dispositivo tandem perovskite/TOPCon al silicio. L'analisi HAADF-STEM ha mostrato un doppio strato continuo e denso con SnOx di circa 10 nm e AZO di circa 60 nm, senza pori o delaminazione. La HR-TEM ha confermato che la SnOx è amorfa, e l'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.