መግቢያ

ሁሉም-ፐሮቭስኪት ተንደም የፀሐይ ሞጁሎች በከፍተኛ ብቃታቸው እና በዝቅተኛ ዋጋ አቅማቸው ምክንያት ለቀጣዩ ትውልድ የፎቶቮልታይክ ቴክኖሎጂ ጠንካራ ተፎካካሪ ተደርገው ይታያሉ። ቢሆንም ሰፊ ቦታ ያለው የንግድ ስራ በከፍተኛ ሁኔታ ተዘግቷል። አነስተኛ ቦታ ያላቸው መሳሪያዎች ቀድሞውኑ 30% ብቃት ሲያልፉ፣ ሰፊ ቦታ ያላቸው ሞጁሎች (≥20 ሳ.ሜ²) ለረጅም ጊዜ በ24.5% አካባቢ ተጣብቀዋል። ዋናዎቹ ተጠያቂዎች በተለመደው የወርቅ ላይ የተመሰረቱ የመሿለኪያ መገናኛ መስቀሎች (TRJs) ውስጥ ያለው የAu/PEDOT:PSS መዋቅር ጠንካራ የቅርብ-ኢንፍራሬድ ጥገኛ መሳብ እና የይለፍ ገጽ ሙቀት አለመረጋጋት ናቸው፣ ከዚህም ጋር በምላጭ ሽፋን ወቅት ባልተመጣጠነ ክሪስታላይዜሽን ምክንያት በሰፊ ቦታ በPb-Sn ፐሮቭስኪት ፊልሞች ውስጥ የተበላሸ የኃይል ማጓጓዝ ነው።

ይህ ጥናት በላይኛው ላይ የተስተካከለ የኢንዲየም ኦክሳይድ ናኖክሪስታሎች (In₂O₃) ላይ የተገነባ በመፍትሄ የሚሰራ TRJ ያዘጋጃል። የናኖክሪስታል ሞርፎሎጂ እና የላይኛው ኬሚስትሪ በማስተካከል ቡድኑ ከፍተኛ የኦፕቲካል ግልጽነት፣ ለስላሳ የገጽታ መገናኛዎች እና ተስማሚ የኢነርጂ ደረጃ አሰላለፍ አግኝቷል። በተመሳሳይ ጊዜ ፎስፎኒክ-አሲድ አይነት ተጨማሪዎች ወደ Pb-Sn ፔሮቭስኪት ቅድመ-ሁኔታ ውስጥ ገብተዋል ከ In₂O₃ ዳግም ውህደት ሽፋን ጋር የኤሌክትሮኒክ ግንኙነትን ለማሻሻል፣ የቀዳዳ ማውጣትን ለማሳደግ እና የክሪስታላይዜሽን ኪኔቲክስን በማስተካከል በትልቅ ቦታ ፊልሞች ላይ ያለውን ቀሪ ውጥረት ለማስታገስ። ይህ የተዋሃደ ስትራቴጂ በመገናኛው ላይ የተሸካሚ ዳግም ውህደት ቅልጥፍናን፣ የክፍያ ማውጣትን እና የትልቅ ቦታ ፊልም ወጥነትን በአንድ ጊዜ ያሳድጋል፣ በመጨረሻም በ 65 ሴሜ² ክፍት ቦታ ላይ የ JET የተረጋገጠ 26.2% ቅልጥፍናን ያስገኛል (VOC = 2.182 V, FF = 77.4%, JSC = 15.6 mA cm⁻²) — ሁሉን-ፔሮቭስኪት ታንደም ፎቶቮልታይክስን ወደ ማሳደግ መንገድ ላይ ቁልፍ ምዕራፍ።

የአዲሱ TRJ ንድፍ እና ጥቅሞች

ስራው በመፍትሄ የሚሰራ አማራጭ ያቀርባል፡ ከላይኛው ላይ ከተስተካከሉ የኢንዲየም ኦክሳይድ ናኖክሪስታሎች (In₂O₃ NCs) የተገነባ አዲስ TRJ (ዓይነት III)። ከተለመደው የ Au/PEDOT:PSS ዓይነት I መዋቅር እና በንግድ ITO ናኖክሪስታሎች ላይ የተመሰረተ ዓይነት II መዋቅር ጋር ስልታዊ በሆነ መንገድ ይነጻጸራል።

መዋቅር እና የገጽታ ባህሪያት

ራስ-ተዋህዶ የተሰራው In₂O₃ NCs ከንግድ ITO NCs በጣም አነስተኛ የቅንጣት መጠን አላቸው፣ ይህም ለስላሳ የተቀበረ በይነገጽ ይፈጥራል እና የግንኙነት ጉድለት እፍጋትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ይቀንሳል። የኤሌክትሪክ ሙከራዎች እንደሚያሳዩት ዓይነት III መዋቅር ምንም የኃይል መሙላት እንቅፋት የሌለበት ተስማሚ የኦሚክ ግንኙነት ባህሪ ያሳያል።

የኦፕቲካል እና የሙቀት መረጋጋት

የኦፕቲካል ባህሪ ማሳያ እንደሚያሳየው PEDOT:PSS በዓይነት I ውስጥ ከባድ የመምጠጥ ኪሳራ ያስከትላል፣ የ In₂O₃ NC ፊልም ደግሞ በከፍተኛ ደረጃ የኦፕቲካል ግልጽነት አለው። በ 85°C የተፋጠነ የሙቀት እርጅና ስር፣ የዓይነት I ሞጁል ውጤታማነት በ 50 ሰአታት ውስጥ ከመጀመሪያው እሴት ግማሽ በታች ወድቋል፣ በ NC ላይ የተመሰረቱ ዓይነት II እና ዓይነት III ደግሞ ከ 200 ሰአታት በኋላ ወደ 75% የመጀመሪያ ውጤታማነት ጠብቀዋል። በ 10×10 ሴሜ² ንጣፍ ላይ፣ በቢላ የተሸፈኑ NC ፊልሞች ከቀጭን የሙቀት ትነት ከተሰሩ Au ፊልሞች የበለጠ ወጥ የሆነ የኦፕቲካል መምጠጥ አሳይተዋል፣ ይህም በመፍትሄ የተሰሩ ናኖክሪስታሎች በመጠን ሊሰራ በሚችል ማምረቻ ውስጥ ያለውን ተፈጥሯዊ ጥቅም ሙሉ በሙሉ ያሳያል።

ሰፊ ቦታ ያለው የፔሮቭስኪት ፊልም አሰራርን ማሻሻል

የTRJ የኦፕቲካል ኪሳራ እና አለመረጋጋት ከተፈታ በኋላ፣ ትልቅ ቦታ ያለው የPb-Sn ፔሮቭስኪት ፊልሞችን ወጥ በሆነ መንገድ ማምረት ቀጣዩ የቴክኒክ እንቅፋት ሆነ። የተለመዱት የDMF/DMSO መሟሟት ስርዓቶች ከፍተኛ የመፍላት ነጥብ እና ዘገምተኛ ተለዋዋጭነት አላቸው፣ ስለዚህ በከፍተኛ ፍጥነት በሚደረግ ቢላዋ ሽፋን ወቅት የኒውክሊየሽን እንቅስቃሴያቸው ይዘገያል፣ ይህም በትላልቅ ንጣፎች ላይ ወጥ የሆኑ ፊልሞችን ለመፍጠር አስቸጋሪ ያደርገዋል።

ይህንን ለመፍታት ቡድኑ በ2-ሜቶክሲኤታኖል (2-Me) እና በቴትራሃይድሮፉራን (THF) ላይ የተመሰረተ ሁለትዮሽ መሟሟት ስርዓት አዘጋጀ። ዝቅተኛ የመፍላት ነጥብ እና ከፍተኛ የእንፋሎት ግፊት ያለው ይህ ስርዓት በፍጥነት ወሳኝ ሱፐርሳቹሬሽን ላይ ይደርሳል እና ኒውክሊየሽንን በከፍተኛ ሁኔታ ያፋጥናል። እሱን በመጠቀም የPb-Sn ፔሮቭስኪት ቢላዋ ሽፋን ፍጥነት ከባህላዊው የDMF ስርዓት 5 ሚሜ/ሰ እስከ 30 ሚሜ/ሰ ከፍ ብሏል፣ ይህም በ10×10 ሴሜ² እና ከዚያ በላይ በሆኑ ንጣፎች ላይ ከፍተኛ ወጥ የሆነ የፎቶሉሚንሰንስ (PL) ጥንካሬ እና እጅግ በጣም ጥሩ የመሳሪያ ወጥነት አስገኝቷል። ይህ የትልቅ ቦታ ሽፋንን የክሪስታላይዜሽን ኪነቲክስ ፈተናን በተሳካ ሁኔታ አሸንፏል እና በ65 ሴሜ² ቀዳዳ ቦታ ላይ የመጀመሪያ ደረጃ 17.5% የብቃት ማረጋገጫ አግኝቷል።

የገጽታ ሊጋንድ ምህንድስና እና የኢነርጂ ደረጃ ተዛማጅነት

PEDOT:PSS ን ካስወገዱ በኋላ የኦፕቲካል ኪሳራ ቀንሷል፣ ነገር ግን ክፍት-ሰርክዩት ቮልቴጅ (VOC) እና የመሙያ ፋክተር (FF) ቀንሰዋል፣ ይህም በፔሮቭስኪት እና በኤንሲ ንብርብር መካከል ባለው የኢንተርፋሻል ትራንስፖርት እንቅፋቶች እና ከራዲያቲቭ ያልሆነ ዳግም ውህደት ምክንያት ነው። ይህንን ለመፍታት ጥናቱ ድርብ ሲነርጅስቲክ ኦፕቲማይዜሽን ስትራቴጂ ተግባራዊ አድርጓል፦

የላይኛው ሊጋንድ ኢንጂነሪንግ የኢነርጂ ደረጃዎችን ለማስተካከል

በሊጋንድ ልውውጥ አማካኝነት MMES እና MMPA የ In₂O₃ ኤንሲዎችን ወለል ለማሻሻል ጥቅም ላይ ውለዋል። የአልትራቫዮሌት ፎቶኤሌክትሮን ስፔክትሮስኮፒ (UPS) እንደሚያሳየው MMPA የተሻሻሉ In₂O₃ ኤንሲዎች ከዒላማው ፔሮቭስኪት ፊልም ጋር ተመራጭ የኢንተርፋሻል ባንድ መታጠፍ (ወደ ላይ ወደ 50 meV ያህል) ያስገኛሉ፣ ይህም የቀዳዳ ማውጣትን በእጅጉ ያበረታታል፣ ነገር ግን የ OAm ወይም MMES ማሻሻያ ወደ ታች መታጠፍ እና የትራንስፖርት እንቅፋት አስከትሏል። የስፔስ-ቻርጅ-የተገደበ ከረንት (SCLC) ሙከራዎች በሊጋንድ ምክንያት የሚከሰት የመንቀሳቀስ ችሎታ ላይ ያለውን ማንኛውንም ጣልቃ ገብነት አስወግደዋል፣ ይህም የአፈጻጸም ትርፍ በዋናነት ከተመቻቸ የኢነርጂ-ደረጃ አሰላለፍ መሆኑን አረጋግጧል።

በፎስፖኒክ-አሲድ ቀዳዳ-መራጭ ቁሳቁስ (HSM) የጅምላ ዶፒንግ

ቡድኑ ፎስፎኒክ-አሲድ ኤችኤስኤምዎችን እንደ MeO-2PACz በቀጥታ ወደ ፒቢ-ኤስኤን ፔሮቭስኪት ቅድመ-ሁኔታ (በ0.2 ሞል% የተመቻቸ) ውስጥ በማስገባት በይነገጽ ማሻሻያ ላይ ብቻ አላቆሙም። ይህ የጅምላ ዶፒንግ ስትራቴጂ በትላልቅ ቦታዎች ላይ ያልተስተካከለ የኤስኤኤም ሽፋን ችግርን ያስወግዳል። ዩፒኤስ እንዳሳየው ከኤችኤስኤም ዶፒንግ በኋላ የፔሮቭስኪት የስራ ተግባር ከ5.04 eV ወደ 4.81 eV ተቀየረ፣ የቫለንስ ባንድ ከፍተኛ ወደ ላይ ተንቀሳቀሰ፣ እና የ n-አይነት ባህሪ ተዳከመ፣ ይህም ከ In₂O₃ ኤንሲዎች የኃይል ደረጃዎች ጋር በተሻለ ሁኔታ እንዲመሳሰል አደረገ። የተገኘው ኤችቲኤል-ነጻ ነጠላ-መጋጠሚያ ፒቢ-ኤስኤን ሴል 23% ቅልጥፍና ላይ ደርሷል፣ ነገር ግን In₂O₃-MMPA ኤንሲዎችን እንደ ቀዳዳ ማጓጓዣ ንብርብር (ኤችቲኤል) በመጠቀም በምላጭ የተሸፈነ መሳሪያ 24.0% የተገላቢጦሽ-ቅኝት ቅልጥፍና ከፍተኛ JSC 33.8 mA cm⁻² አግኝቷል።

የኤችኤስኤም በፔሮቭስኪት ፊልም ላይ ያሉ በርካታ ሚናዎች

የኤችኤስኤም ሚና ከኃይል ማጓጓዣ በላይ ነው — በፊልም ክሪስታላይዜሽን እና ጉድለት ማስተካከያ ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ያሳድራል፦

የክሪስታላይዜሽን ቁጥጥር እና የጉድለት መገዳደር

የስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) እንዳሳየው ከHSM ዶፒንግ በኋላ በPb-Sn ፊልም ውስጥ የድንበር እህሎችን የሚያቋርጡ የዴንድሪቲክ ቆሻሻዎች ጠፍተዋል፣ የእህል መጠን በከፍተኛ ሁኔታ አድጓል፣ እና የእህል ድንበሮች "የተዋሃዱ" መልክ ወስደዋል። GIWAXS እና XRD ኤችኤስኤም የPbI₂ ቆሻሻ-ደረጃ ምስረታን ውጤታማ በሆነ መንገድ እንደሚገታ አረጋግጠዋል። ፈሳሽ-ሁኔታ ¹H NMR በተጨማሪ ኤችኤስኤም በተመረጠ ዲፕሮቶኔሽን አማካኝነት ነፃ አሲዳማ ፎስፖኒክ ቡድኖችን እንደሚበላ አሳይቷል፣ በዚህም የኤፍኤ⁺ ካቴሽን አሲዳማ ዲፕሮቶኔሽን በመከላከል እና የቅድመ-ሁኔታ ኬሚስትሪን ያረጋጋል።

የተሻሻለ የኃይል አጓጓዥ ተለዋዋጭነት

ጊዜያዊ አስምሮ ስፔክትሮስኮፒ (TAS) እንዳሳየው ከHSM ዶፒንግ በኋላ ጉድለት-የታገዘ ራዲያቲቭ ያልሆነ ዳግም ውህደት በከፍተኛ ሁኔታ ተጨምቋል። የቋሚ ሁኔታ PL ጥንካሬ በከፍተኛ ሁኔታ ጨምሯል፣ አማካይ PL የህይወት ዘመን ከ1042 ns ወደ 1889 ns ተራዝሟል፣ በተለይም በታችኛው በይነገጽ ላይ ጠንካራ ፓሲቬሽን ያለው፣ ይህም በተቀበረ በይነገጽ ላይ የኃይል መሙላትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ይቀንሳል። OPTP ስፔክትሮስኮፒ እንዳሳየው የዒላማ ፊልም የኃይል መሙያ ተንቀሳቃሽነት ከ20 cm² V⁻¹ s⁻¹ ወደ 36 cm² V⁻¹ s⁻¹ ከፍ ብሏል እና የስርጭት ርዝመት ከ2.65 μm ወደ 4.78 μm አድጓል፣ ይህም በጅምላ ፊልም ጥራት ላይ አጠቃላይ መሻሻልን ያረጋግጣል።

ትልቅ-አካባቢ ሞዱል አፈጻጸም እና መረጋጋት

እነዚህ ተመሳሳይ ስልቶች ላይ በመገንባት ቡድኑ የ 65 ሴሜ² ክፍት ቦታ (14 ንዑስ ሴሎች በተከታታይ) ያለው ሁሉም-ፔሮቭስኪት ታንደም ሞጁል ሠራ። የ III ዓይነት (In₂O₃-MMPA) TRJ በመጠቀም ሻምፒዮን ሞጁሉ 26.6% የላብራቶሪ የተፈተነ ቅልጥፍና (የተገላቢጦሽ ቅኝት) ደርሷል፣ VOC 30.4 V፣ JSC 1.12 mA cm⁻² እና FF 78.2%። የ JET የተረጋገጠ የተረጋጋ ቅልጥፍና 26.2% ደርሷል፣ ይህም የተለመደውን የ I ዓይነት TRJ (24.8%) በመጠቀም የቁጥጥር ሞጁሉን በግልጽ ይበልጣል። ከሞት ዞን ማመቻቸት በኋላ የጂኦሜትሪክ ሙሌት ምክንያት 96.5% ደርሷል፣ ይህም እስከ 27.6% የሚደርስ ተመጣጣኝ ንቁ-አካባቢ ቅልጥፍና ይሰጣል። EQE የቦታ ካርታ ስራ እንደሚያሳየው በ16 የተለያዩ ቦታዎች ላይ የላይኛው እና የታችኛው ንዑስ ሴሎች የተዋሃዱ የአሁን እፍጋቶች በአማካይ 16.3 እና 16.2 mA cm⁻² ነበሩ — ከ J-V ውጤቶች ጋር በቅርብ የሚዛመዱ እና ሁለቱም ከዚህ ቀደም የተዘገበውን ከ15 mA cm⁻² በታች የሆነውን የሞጁል ማነቆ ይሰብራሉ።

ከአስተማማኝነት አንፃር፣ የ IEC 61215:2021 ደረጃን በመከተል፣ የታሸገው ዓይነት III ሞጁል በተከታታይ 1-ፀሐይ MPP ክትትል ስር የT90 የህይወት ዘመን (90% የመጀመሪያ ብቃትን በማቆየት) 771 ሰአታት ደርሷል፣ እና ከ1000 ሰአታት በኋላም 82.5% ብቃት ይዞ ቆይቷል። በከፍተኛ ፍላጎት ባለው የ85°C/85% RH እርጥብ-ሙቀት ሙከራ (ISOS-D-3)፣ ዓይነት III ሞጁል አማካይ የT84 የህይወት ዘመን 1000 ሰአታት ደርሷል፣ ዓይነት I ሞጁል ደግሞ ከ40% በታች ብቃት ላይ ወድቋል፤ በ -40°C እስከ 85°C የሙቀት ዑደት ሙከራ (ISOS-T-3)፣ ዓይነት III ሞጁል ከ200 ዑደቶች በኋላ 93% የመጀመሪያ ብቃትን ጠብቋል። ሁሉም የተፋጠነ እርጅና ሙከራዎች የዓይነት III ልዩ መረጋጋት በPEDOT:PSS የሚቀሰቀሱትን አለመረጋጋት ምክንያቶች ሙሉ በሙሉ በማስወገድ መሆኑን አረጋግጠዋል።

በገጽታ ምህንድስና በተዘጋጁ In₂O₃ ናኖክሪስታል ዳግም ውህደት መጋጠሚያዎች እና በተቀናጀ የጅምላ/ወለል HSM ምህንድስና አማካኝነት ይህ ሥራ በ65 ሴ.ሜ² ክፍት ቦታ ላይ 26.2% የተረጋገጠ ውጤታማነት ያለው ሁሉን-ፔሮቭስኪት ታንደም የፀሐይ ሞጁል በማሳካት በሞጁል መጠን፣ ውጤታማነት እና የአሠራር መረጋጋት ላይ አጠቃላይ እመርታዎችን አስገኝቷል። ሥራው የሁሉን-ፔሮቭስኪት ታንደም የፎቶቮልታይክ ቴክኖሎጂ የንግድ አቅምን በጥብቅ ያሳያል። ወደፊት ሲታይ፣ የሞጁሉን ቦታ ከ800 ሴ.ሜ² በላይ ማሳደግ እንደ ስሎት-ዳይ ሽፋን እና እንደ ቫክዩም የታገዘ ክሪስታላይዜሽን ያሉ ዘዴዎችን በማጣመር የተቀናጀ ማመቻቸትን ይጠይቃል፣ ይህም ከፍተኛ ጥራት ያለው እና ወጥ የሆነ ሰፊ እና ጠባብ ባንድጋፕ ንዑስ ሴሎችን ለማምረት ያስችላል።

ማጣቀሻ እና የሙከራ መሣሪያ

የተቀናጀ ፐሮቭስካይት MPPT ሞካሪ የA+AA+ ደረጃ የLED ፀሐይ ሲሙሌተርን እንደ እርጅና ምንጭ በመጠቀም ለፐሮቭስካይት የፀሐይ ሴል ምርምር ጠንካራ ድጋፍ የሚሰጥ ሲሆን ይህም በላቀ ቴክኖሎጂ እና ሁለገብ ዲዛይን ነው። እንደነዚህ ያሉ መሳሪያዎች በዋናነት ለተጠናቀቁ ፐሮቭስካይት ነጠላ-መጋጠሚያ እና ታንደም ሴሎች የመረጋጋት ሙከራ ያገለግላሉ። የፐሮቭስካይት ሴሎች የውጤት ባህሪያት እንደ ብርሃን እና ሙቀት ባሉ የአካባቢ ሁኔታዎች በቀላሉ ስለሚጎዱ፣ ከፍተኛው የኃይል ነጥብ በተደጋጋሚ ይለዋወጣል። አንድ MPPT ተቆጣጣሪ ከፍተኛውን የኃይል ነጥብ በቅጽበት ይከታተላል እና ይቆልፋል፣ ይህም ስርዓቱ ሁልጊዜ በተመቻቸ የኃይል ውጤት እንዲሰራ ያደርጋል።

ማጣቀሻ፡ ናኖክሪስታል-የተበጀ ዳግም ውህደት ለሁሉም-ፐሮቭስካይት ታንደም የፀሐይ ሞጁሎች

የOoitech እይታ

Ooitech ያምናል፡ በላይ ላይ የተሰሩ In₂O₃ ናኖክሪስታል ዳግም ውህደት መጋጠሚያዎች ከHSM ጅምላ/የገጽታ ምህንድስና ጋር ተዳምረው ትላልቅ ቦታ ያላቸው ሁሉም-ፐሮቭስካይት ታንደም ሞጁሎችን ወደ ተረጋገጠ 26.2% ብቃት አምጥተዋል፣ ይህም ቴክኖሎጂውን ወደ ንግድ ለማስገባት ወሳኝ እርምጃ አቅርቧል።