የምርት መግቢያ

ሞኖሊቲክ ፐሮቭስካይት/ሲሊከን ታንደም የፀሐይ ሴሎች ከነጠላ-መጋጠሚያ መሳሪያዎች የብቃት ጣሪያ በላይ ለማለፍ በጣም ግልጽ ከሆኑ መንገዶች አንዱ ናቸው። የላይኛው ሴል እና የታችኛው ሴል በተከታታይ የተገናኙት በዳግም ውህደት በሆነ የግንኙነት ንብርብር ነው፣ እና ያ በይነገጽ ምን ያህል ጥሩ እንደሆነ ተሸካሚዎች በተቀላጠፈ ሁኔታ መጓጓዝ እና እንደገና መዋሃድ ይችሉ እንደሆነ ይወስናል። ችግሩ በሲሊከን ሄትሮጁንክሽን (SHJ) የታችኛው ሴል ማይክሮ-ፒራሚድ ሸካራማ ወለል ላይ ነው። ፒራሚዶቹ ወደ 600 nm ቁመት አላቸው፣ እና በዚያ መሬት ላይ የዳግም ውህደት ንብርብር የኦፕቲካል ፓራሲቲክ ኪሳራ ያስከትላል እንዲሁም ራስን የተሰበሰበ ሞኖሌየር (SAM) በእኩል አይሰራጭም። ከጊዜ በኋላ ይህ የመሳሪያውን አፈጻጸም ያወርዳል።

ይህ ሥራ ከ2 እስከ 30 nm ውፍረት ያለው ኢንዲየም ቲን ኦክሳይድ (ITO) የግንኙነት ንብርብሮችን ለካ እና እጅግ በጣም ቀጭን 8 nm ንብርብር በሁለት ግንባሮች ላይ በተመሳሳይ ጊዜ በተሻለ ሁኔታ እንደሚሠራ አገኘ፡ የኦፕቲካል ኪሳራን በመቁረጥ እና የወለል አቅም ወጥነትን በማሻሻል። የNiOx ማሻሻያ እና የPoly-SAM ተግባራዊነት ከላይ ከተደረደሩ በኋላ፣ የአጭር-ዑደት የአሁኑ ጥግግት በ0.85 mA cm⁻² ጨምሮ 20.82 mA cm⁻² ደርሷል፣ የኃይል ልወጣ ብቃቱ 31.80% ላይ ደርሷል፣ እና ከ500 ሰዓታት ከፍተኛ የኃይል ነጥብ ክትትል በኋላ መሳሪያው አሁንም 96% የመጀመሪያ ብቃቱን ይዞ ቆይቷል።

የሙከራ ዘዴ

የ SHJ የታችኛው ሴል n-type የሲሊኮን ዋፈሮችን ተጠቅሟል፣ ውፍረቱ 110 ± 10 µm፣ KOH በሁለቱም ጎኖች ላይ ወደ 600 nm ቁመት ያላቸው ፒራሚዶች ተቀርጿል። ከ RCA ጽዳት በኋላ፣ PECVD የማለፊያ እና የዶፒንግ ንብርብሮችን በቅደም ተከተል አስቀመጠ፡ የፊት ጎን 8 nm intrinsic a-Si:H(i) እና 15 nm n-type nc-SiOx:H(n)፣ የኋላ ጎን 8 nm p-type a-Si:H(p)፣ ከዚያም 110 nm ITO ተረጨ እና 700 nm Ag በኋላ ላይ ተተነ። በፊት ላይ፣ ስድስት የ ITO መገናኛ ውፍረቶች በተናጠል ተቀምጠዋል፡ 2፣ 5፣ 8፣ 10፣ 20 እና 30 nm፣ በ180°C ተሞቅተው እና በሌዘር ተቆርጠዋል።

የፔሮቭስኪት የላይኛው ሴል ይህንን መንገድ ተከትሏል። የታችኛው ሴል መጀመሪያ ተሞቅቶ እና UV-ኦዞን ታክሟል፣ ከዚያም NiOx በማግኔትሮን ስፓተሪንግ ተቀምጧል፣ ከዚያም ሌላ ማሞቂያ እና UV-ኦዞን ደረጃ ተከትሏል። በናይትሮጅን ጓንት ሳጥን ውስጥ፣ ፖሊ-SAM በስፒን ተሸፍኗል (0.5 mg mL⁻¹፣ መሟሟቅ ሜታኖል እና ክሎሮቤንዚን በ1፡1) እና በ100°C ተሞቅቷል። ፔሮቭስኪት Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅₅Br₀.₂₅₅)₃ ከ1.68 eV ባንድጋፕ ጋር፣ በሁለት ደረጃዎች በስፒን ተሸፍኗል፣ በከፍተኛ ፍጥነት ደረጃ ላይ ክሎሮቤንዚን እንደ አንቲሶልቬንት ተንጠባጥቦ እና በ100°C ለ20 ደቂቃ ተጋግሯል። ወለሉ በPDADI ተስተካክሏል፣ ከዚያም C₆₀ በሙቀት ተተነ፣ SnO₂ በALD ተበቅሏል፣ 45 nm IZO ተረጨ፣ Ag ኤሌክትሮዶች ተተነ፣ እና በመጨረሻም የMgF₂ ፀረ-ነጸብራቅ ፊልም ቁልሉን ዘግቷል።

ቴክኒካል ጥቅሞች

የ ITO መገናኛ ንብርብር ኦፕቶኤሌክትሮኒክ ባህሪያት

(ሀ) Rsh፣ Ne እና µ ከውፍረት ጋር (n = 10)፤ (ለ) የኦፕቲካል መሳብ እና ነጸብራቅ የITO ንብርብር፤ (ሐ) የስራ ተግባር ከውፍረት ጋር፤ (መ) የስራ ተግባር ለውጥ (ΔWF) ከNiOx ህክምና በፊት እና በኋላ በተለያዩ ውፍረቶች፤ (ሠ) የSAM ስርጭት በNiOx-የተሻሻለ ITO ላይ ስዕላዊ መግለጫ፤ (ረ) የKPFM የገጽታ አቅም ካርታዎች የ2–30 nm የግንኙነት ITO፤ (ግ) የKPFM የገጽታ አቅም ካርታዎች የ8 nm የግንኙነት ITO ከNiOx እና Poly-SAM ተግባራዊነት በፊት እና በኋላ።

የሆል ውጤት መለኪያዎች እንደሚያሳዩት የሉህ ተቃውሞ የፊልም ውፍረት ሲጨምር እየቀነሰ ይሄዳል፣ ይህም የሚጠበቀው ነው። የቻርጅ አጓጓዥ ትኩረት በ8 እና 30 nm መካከል በተወሰነ ደረጃ የተረጋጋ ሆኖ ቆይቷል፣ በ2.8 እስከ 3.5 × 10²⁰ cm⁻³ አካባቢ፣ ነገር ግን ከ8 nm በታች ሲሄዱ መውደቅ ይጀምራል። ተንቀሳቃሽነት በጠባቡ የ2 እስከ 8 nm ክፍተት ውስጥ በትንሹ ብቻ ቀንሷል፣ ይህም የፊልሙ ታማኝነት አሁንም እንዳልተበላሸ ምልክት ነው። 8 nm የሉህ ተቃውሞ በቂ ዝቅተኛ እና የኤሌክትሪክ አፈጻጸሙ ያልተዳከመበት ትክክለኛ ቦታ ላይ ይገኛል።

(ሀ) በተሸፈነው የ c-Si የታችኛው ሴል ወለል ላይ ያለው የ ITO ንብርብር ከፍተኛ ጥራት ያለው የ O 1s XPS ስፔክትረም። (ለ) ከ NiOx ማሻሻያ በፊት እና በኋላ በተሸፈነው የ c-Si የታችኛው ሴል ላይ ያለው የ 8 nm ITO ንብርብር ከፍተኛ ጥራት ያለው የ XPS ስፔክትረም። (ሐ) በተሸፈነው የ c-Si የታችኛው ሴል ላይ ያለው የ 8 nm ITO ንብርብር ተሻጋሪ ክፍል SEM ምስል። (መ) የ 8 nm ITO ናሙና በተተኮረበት ክልል ላይ ያሉ ተጓዳኝ የ EDS ንጥረ ነገር ካርታዎች፣ ከቀለም-ንጥረ ነገር መፈተሻ ጋር በላይኛው ቀኝ በኩል።

በኦፕቲካል ደረጃ፣ የ ITO ንብርብርን ማቅለል ከ 450 nm በላይ ያለውን ነጸብራቅ እና መምጠጥ ዝቅ አድርጎታል፣ ይህም በአጥፊ ጣልቃገብነት እና በደካማ ነፃ ቻርጅ አምጪ መምጠጥ ምክንያት ነው።

• UPS እንደሚያሳየው የስራ ተግባሩ ውፍረቱ ሲቀንስ እየጨመረ እንደሚሄድ፣ እና ከ NiOx ማሻሻያ እና ማቃጠል በኋላ የስራ ተግባሩ ለውጥ በ 8 nm ከፍተኛ ደረጃ ላይ ደርሷል።

• የ KPFM አካባቢ ቅኝት እንደሚያሳየው ከ 10 nm በታች ያለው ITO ሁሉንም የአካባቢ ሾርት ነጥቦችን አፍኖታል፣ ከ 8 nm ጋር ደግሞ ምርጡን ወጥነት ሰጥቷል።

• XPS አንድ አስደሳች ዝርዝር አሳይቷል፡ የ 8 nm ITO ወለል ከ 20 nm አንዱ የበለጠ የሃይድሮክሳይል ጥግግት ነበረው፣ እና እነዚያ ሃይድሮክሳይሎች ከ NiOx ጋር In─O─Ni ድልድይ ቦንዶችን ፈጠሩ፣ ይህም NiOx የበለጠ ወጥ በሆነ መልኩ እንዲሰራጭ እና በጥብቅ እንዲጣበቅ አድርጓል። ከማሻሻያው በኋላ የ In ምልክት ሙሉ በሙሉ ጠፋ፣ ይህም የሽፋኑ ንብርብር ጥራት እጅግ በጣም ጥሩ እንደነበር እና ለሚቀጥለው የ SAM ራስ-ሰር መሰብሰብ ጥሩ መሰረት እንደጣለ ያሳያል።

• SEM እና EDS ደግሞ 8 nm ITO በሸካራነቱ ላይ ወጥ የሆነ ሽፋን መስጠቱን አረጋግጠዋል።

የታንደም ሴል የፎቶቮልታይክ አፈጻጸም

(ሀ) በፔሮቭስኪት/ሲሊከን ታንደም ሴሎች ውስጥ የJsc ልዩነት፤ (ለ) የVoc ልዩነት፤ (ሐ) የFF ልዩነት፤ (መ) የPCE ልዩነት፤ (ሠ) በ ITO ላይ ያለው የታንደም ሴል የመስቀለኛ ክፍል SEM ምስል፤ (ረ) በ ITO ላይ ያለው የፔሮቭስኪት ፊልም የ XRD ንድፍ፤ (ሰ) በ ITO ላይ ያለው የፔሮቭስኪት ፊልም የቋሚ ሁኔታ PL ስፔክትረም፤ (ሸ) መደበኛ የተደረገ የቋሚ ሁኔታ PL ኩርባዎች፤ (ረ) በ ITO ላይ ያለው የፔሮቭስኪት ፊልም ጊዜያዊ TRPL መበስበስ ስፔክትራ፤ (ጸ) የታንደም ሴል የፎቶሉሚንሰንስ ምስል፣ ንቁ ቦታ 0.928 ሳሜ²።

ሁሉም ስድስቱ የ ITO መስተጋብር ውፍረቶች በ J-V ሙከራ ተካሂደዋል።

• ከ 5 nm በታች፣ Voc እና FF በከፍተኛ ሁኔታ ወድቀዋል። Voc ከ 1.7 ቮልት በላይ መግፋት አልተቻለም እና PCE በ 21.68% ብቻ መጣ፣ ይህም በዋናነት ፊልሙ በፒራሚድ ሸካራነት ላይ የተቋረጠ ስለነበር ነው።

• 8 nm ምርጥ መልስ ነበር። የመስቀለኛ ክፍል SEM የፔሮቭስኪት እህሎች በአልትራቲን ITO (ከ10 nm በታች) ላይ ትልቅ እና ጥቅጥቅ ያሉ መሆናቸውን አሳይቷል፣ እና XRD የተሻለ ክሪስታላይን ጥራት አረጋግጧል፣ ምንም እንኳን የ5 nm ናሙና የPbI₂ ጫፍ ቢያሳይም፣ ይህም መበላሸት መጀመሩን የሚያሳይ ምልክት ነው። የቋሚ ሁኔታ PL ጥንካሬ ከ30 nm ወደ 8 nm ሲወርድ ከፍ ብሏል፣ ከዚያም እንደገና ወድቋል፣ ስለዚህ 8 nm በትክክል በከፍተኛው ላይ ተቀምጧል፣ ይህም ዝቅተኛውን የጉድለት መጠን ያመሳስላል።

• የተስተካከለው PL ባህሪ ጫፍ አልተቀየረም፣ ይህም ማለት የይነገጽ አለ-ጨረር ዳግም ውህደት ተፈጥሮ አንድ አይነት ሆኖ ቆይቷል። የTRPL ተሸካሚ የህይወት ዘመን እንዲሁ በ8 nm ረጅሙ ነበር። እነዚህ ውጤቶች ወደ ጠንካራው የተጣራ ዳይፖል እና የበለጠ ወጥ የሆነው የስራ ተግባር ይመለሳሉ፣ ይህም Poly-SAM ያመጣል፣ ይህም Voc እና FF አንድ ላይ ከፍ ያደርጋል። የPL ምስል እንዲሁ በፔሮቭስኪት ንዑስ ሴል ውስጥ ንዑስ-ማይክሮን አለመመጣጠን አጋልጧል፣ ነገር ግን አልትራቲን ከፍተኛ ተከላካይ ITO ሽፋን ከፍተኛ የጎን ተከላካይነት አለው፣ ስለዚህ የአካባቢ ሹቲንግ ተደራሽነት ውጤታማ በሆነ መንገድ ተዘግቶ ነበር እና መሳሪያውን ሙሉ በሙሉ ወደ ታች አልጎተተም።

የአሁኑ ጥግግት መሻሻል

(ሀ) በ8 nm ITO የግንኙነት ሽፋን ስር የፔሮቭስኪት እና የሲሊኮን ንዑስ ሴሎች EQE ኩርባዎች፤ (ለ) የመጀመሪያ እና የተመቻቹ ታንደም ሴሎች EQE ኩርባዎች።

የፊት IZO ሽፋን በ Aw × Rsheet⁻¹ የብቃት መለኪያ ደረጃ ተሰጥቶታል፣ እና 45 nm ምርጥ ሆኖ ወጥቷል። የግንኙነት ITO ከ 20 nm ወደ 10 nm ወደ 8 nm በማቅለል አማካይ Jsc ከ 19.78 ወደ 19.96 ወደ 20.55 mA cm⁻² ከፍ ብሏል። የፔሮቭስኪት እና የሲሊኮን ንዑስ ሴሎች የEQE-የተዋሃዱ የአሁን እፍጋቶች በቅደም ተከተል 20.64 እና 20.51 mA cm⁻² ነበሩ፣ ከጄ-ቪ መረጃ ጋር የሚስማሙ። ከ 20 nm ITO ጋር ሲነጻጸር፣ 8 nm ለፔሮቭስኪት ንዑስ ሴል ተጨማሪ 0.06 mA cm⁻² እና ለሲሊኮን ንዑስ ሴል ተጨማሪ 0.47 ሰጥቷል፣ ከሲሊኮን የታችኛው ሴል የቅርብ-ኢንፍራሬድ አስተዋጽኦ በጣም ተጠቃሚ ሆኗል።

የምርት አተገባበር

የመሳሪያ አፈጻጸም እና መረጋጋት

(ሀ) የፔሮቭስኪት/ሲሊኮን ታንደም የፀሐይ ሴል ንድፍ መዋቅር እና ፎቶግራፍ፤ (ለ) የታንደም ሴል የመስቀለኛ ክፍል SEM ምስል፤ (ሐ) የነጠላ-መጋጠሚያ ፔሮቭስኪት እና የሲሊኮን ንዑስ ሴሎች J-V ኩርባዎች፤ (መ) የከፍተኛ አፈጻጸም ሴል ተወካይ J-V ኩርባ፤ (ሠ) ከ 30 nm እስከ 2 nm ITO የግንኙነት ንብርብሮች ላይ የተገነቡ የፔሮቭስኪት/ሲሊኮን ታንደም ሴሎች ውስጥ የ Rs ልዩነት፤ (ፍ) በ 1-ፀሐይ ብርሃን ስር የታሸገው የታንደም ሴል የMPPT ሙከራ ውጤቶች።

የ ITO የግንኙነት ውፍረት ከተስተካከለ በኋላ የታንደም መሳሪያዎች አማካይ PCE ከ 28.64% ወደ 30.67% ከፍ ብሏል። የ 2 nm ITO እስከ 41.26 Ω የሚደርስ ከፍተኛ ተከታታይ ተቃውሞ Rs ነበረው፣ ስለዚህ ተከታታይ ግንኙነቱ በመሠረቱ ተሰብሯል። የ 8 nm Rs በጣም ዝቅተኛ ነበር፣ የውስጥ እክል ቀንሷል፣ እና በከፍተኛው የኃይል ነጥብ አቅራቢያ ያለው የቮልቴጅ መጥፋት ቀንሷል። በመረጋጋት ላይ፣ የ 8 nm ITO ታንደም ሴል ከ 500 ሰአታት MPPT በኋላ የመጀመሪያውን PCE 96% ይዞ ቆይቷል፣ የ 20 nm ደግሞ 90% ብቻ ይዞ ቆይቷል፣ ይህም በ TCO/SAM የግንኙነት ቤተሰብ ውስጥ በጣም የተረጋጋ ያደርገዋል። ለምን እንደዚህ የተረጋጋ? የ Poly-SAM ሽፋን ከፍተኛ ነው፣ እና የፔሮቭስኪት ክሪስታላይዜሽን ከእሱ ጋር ይሻሻላል።

በ SAM የተሸፈኑ ክልሎች ዝቅተኛ የገጽታ ኃይል አላቸው፣ እና የፎስፖኒክ አሲድ ቡድኖች ከ Pb²⁺ እና FA⁺ ጋር ይተባበራሉ፣ ይህም ፔሮቭስኪት በዝግታ እና በተደራጀ መንገድ እንዲያድግ ይመራል፣ ስለዚህ እህሎቹ ትልቅ ይሆናሉ። በባዶ ITO ክልሎች ላይ እንደዚህ ያለ አብነት ውጤት የለም፣ ኑክሊዬሽን በፍጥነት እና በተዘበራረቀ ሁኔታ ይሠራል፣ እና እህሎች ብዙ የእህል ድንበሮች ያላቸው ትናንሽ ይሆናሉ። ከዚህ በላይ፣ Poly-SAM በመገናኛው ላይ ያሉትን ያልተሟሉ ትስስሮች እና የሃላይድ ክፍተቶችን ያስተካክላል፣ የሃላይድ ፍልሰት ይታፈናል፣ እና መበላሸት ይቀንሳል። እጅግ ቀጭን ITO ራሱ የሚያመጣው ወጥ የሆነ የገጽታ አቅምም ይረዳል፣ እና በርካታ ምክንያቶች አንድ ላይ ሲደመሩ የመሳሪያው ዕድሜ ይጨምራል።

እዚህ ላይ የMPPT መረጋጋት ሙከራ የሚደረገው በ3A+ ደረጃ ያለው የLED የፀሐይ ማስመሰያ በእርጅና የብርሃን ምንጭነት በመጠቀም ነው፣ ይህም የሕዋስ ሙቀት እና ዙሪያውን ከባቢ አየር በተለያዩ መንገዶች በመቆጣጠር የረጅም ጊዜ መረጋጋት ሙከራ ለማካሄድ ያስችላል።

ማጠቃለያ እና የወደፊት እይታ

8 nm ለፔሮቭስኪት/ሲሊከን ታንደም ሕዋሶች በጣም ጥሩው የITO መስተጋብር ውፍረት ነው። ይህ ውፍረት የፔሮቭስኪት ክሪስታላይን ጥራትን ከፍ ያደርጋል እንዲሁም ጥገኛ መምጠጥን ይቀንሳል። ከNiOx ማሻሻያ እና ከPoly-SAM ተግባራዊነት በኋላ፣ የገጽታ አቅም የበለጠ ወጥ ይሆናል እና የሥራ ተግባር ለውጥ ይበልጥ ጎልቶ ይታያል። የ8 nm ITO ገጽ ብዙ ሃይድሮክሳይሎችን ይይዛል፣ NiOx በእኩል ይሰራጫል፣ SAM በጥብቅ ይሞላል፣ እና በሸካራነቱ ላይ ያለው ተስማሚ ሽፋን በSEM እና EDS ተረጋግጧል። ከተለመደው 20 nm ITO ጋር ሲነጻጸር፣ የተመቻቸው መሣሪያ የ31.80% ሻምፒዮን ውጤታማነት ላይ ደርሷል፣ Jsc በ0.85 mA cm⁻² ጨምሯል እና ከ500 ሰዓታት MPPT በኋላ 96% የመጀመሪያ ውጤታማነት ተጠብቋል።

ወደፊት ስንመለከት፣ አሁንም ብዙ የሚሻሻሉ ነገሮች አሉ። የኋላ ሸካራነት እና የኦፕቲካል አንጸባራቂ በሲሊኮን የታችኛው ሴል ውስጥ የብርሃን ወጥመድን ለማጠናከር፣ የአሁኑን ጊዜ ለማሳደግ እና የአሁኑን ማዛመድ ለማረጋገጥ የበለጠ ሊጣራ ይችላል። FF እና Voc አሁንም አጠቃላይ ቅልጥፍናን የሚገድቡ እንቅፋቶች ናቸው፣ ስለዚህ የእውቂያ ማለስለስ ስልቶች የበለጠ ጥልቅ መሆን አለባቸው። እንደ ሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ዋሻ መጋጠሚያዎች ያሉ አማራጭ የግንኙነት አርክቴክቸሮችም መሞከር ተገቢ ነው። ወደ ምርት ማሳደግ ስንመጣ፣ የTCO ውፍረት እና የብረት ማውጫ ንድፍ አንድ ላይ መስተካከል አለባቸው፣ ስለዚህ በትላልቅ ቦታዎች ላይ ጥላው በጣም ከባድ እንዳይሆን እና የጎን ማስተላለፍ እንዳይሰቃይ። እና በቀጭን ንብርብር፣ የኢንዲየም አጠቃቀም ይቀንሳል፣ ስለዚህ ዘላቂነትም ይጠቅማል።

የOoitech እይታ

እዚህ ጎልቶ የሚታየው ጥቂት ናኖሜትሮች የሆነ ITO በዚያ 600 nm ፒራሚድ ሸካራነት ላይ ሁለቱንም ኦፕቲክስ እና ክሪስታላይዜሽን ማወዛወዝ መቻሉ ነው፣ እና ያው የማስማማት ሽፋን ችግር በትክክል የሚታየው የታንደም መስመሮች ከላብራቶሪ ናሙናዎች ወደ ሙሉ መጠን ሞጁሎች ሲሸጋገሩ ነው። በምርት ወለል ላይ የታበር-ስትሪንገር፣ የላይአፕ እና የላሚኔሽን ደረጃዎች ሁሉም እነዚህን ተሰባሪ የግንኙነት እና የSAM በይነገጾች ማክበር አለባቸው፣ ይህም ወጥ የሆነ፣ በሚገባ የተስተካከለ የሞጁል መስመር መሳሪያ ዋጋውን የሚያሳየው ነው። እነዚህ ሂደቶች በእውነተኛ ፋብሪካ ሚዛን ምን እንደሚመስሉ ለማየት ከፈለጉ፣ የOoitech YouTube ቻናል በ www.youtube.com/ooitech መከተል ተገቢ ነው።