Efisiensi 33,25%, Retensi MPPT 96% Setelah 1000 Jam: Lapisan Ganda SnOx/AZO All-ALD Menekan Reaksi Antarmuka dalam Tandem Perovskit/Silikon

Pengantar Produk

Sel tandem perovskit/silikon telah mencapai efisiensi 35%. Masalahnya adalah stabilitas. Perangkat ini masih jauh dari kebutuhan komersialisasi masa pakai 25 tahun, dan akar masalahnya terletak pada antarmuka. Muatan menumpuk di sana, dan penumpukan itu memicu reaksi redoks dan migrasi ion.

Lapisan transport elektron ALD-SnOx yang banyak digunakan menghadapi trade-off ketebalan karena resistivitasnya yang tinggi. Terlalu tebal, resistansi seri meningkat. Terlalu tipis, tidak dapat memblokir kerusakan sputter atau difusi ion. Untuk mempelajarinya, penguji MPPT komposit perovskit yang menggunakan simulator surya LED kelas AAA sebagai sumber cahaya penuaan dapat mengontrol suhu sel dalam beberapa cara dan mengelola lingkungan sekitar, menjalankan uji stabilitas jangka panjang.

Pekerjaan ini membangun lapisan ganda SnOx/AZO melalui proses all-ALD. SnOx ultra-tipis menjaga keselarasan pita, sementara lapisan AZO konduktif memberikan jalur resistansi rendah dan bertindak sebagai penghalang padat. Ini memisahkan ekstraksi muatan dan pemblokiran fisik menjadi dua tugas terpisah. Sel perovskit celah pita lebar sambungan tunggal dengan struktur ini mencapai efisiensi 23,47%, dan perangkat tandem mencapai 33,25%. Setelah 1000 jam pencahayaan terus-menerus, mereka masih mempertahankan 96% efisiensi awalnya, yang mendukung strategi antarmuka.

Parameter Teknis

Spesifikasi Penguji MPPT Komposit Perovskit

Keunggulan Teknis

Fabrikasi dan Kinerja Listrik Lapisan Ganda ALD

Pengujian sambungan tunggal menunjukkan SnOx berkinerja terbaik pada 150 siklus. Menambah ketebalan meningkatkan resistansi seri dan menurunkan faktor pengisian. Untuk mengurangi batasan resistivitas, penulis menambahkan lapisan antara AZO yang ditumbuhkan dengan ALD. Dua tumpukan dibandingkan: SnOx 250 siklus versus SnOx 100 siklus ditambah AZO 400 siklus.

Pengukuran J-V menunjukkan kombinasi SnOx/AZO meningkatkan kinerja perangkat. Analisis tingkat energi menemukan bahwa minimum pita konduksi menurun dari SnOx ke AZO ke IZO, membentuk keselarasan pita tangga yang lebih menguntungkan yang menurunkan hambatan ekstraksi antarmuka. c-AFM menunjukkan SnOx/AZO dan AZO murni menghantarkan jauh lebih baik daripada SnOx murni. KPFM menunjukkan potensi permukaan yang lebih seragam dan kepadatan cacat yang lebih rendah pada film perovskit SnOx/AZO. Spektroskopi serapan sementara mengkonfirmasi ekstraksi pembawa yang lebih cepat dengan SnOx/AZO.

Lapisan ALD Menekan Degradasi

Setelah 400 jam penuaan pada 85°C di bawah iluminasi, sampel SnOx menunjukkan serapan timbal iodida yang lebih kuat dalam UV-vis, puncak difraksi Pb⁰ logam dalam XRD, serta rongga antarmuka dan kehilangan massa dalam SEM penampang. Pada sampel SnOx/AZO, tanda-tanda degradasi ini jauh lebih lemah. TOF-SIMS menunjukkan penetrasi Ag yang berat ke dalam lapisan perovskit dan difusi I⁻ yang parah pada perangkat SnOx, sementara perangkat SnOx/AZO tidak menunjukkan difusi ion yang jelas.

Setelah 7 hari pada RH 85%, film yang dilapisi SnOx mengembangkan fase δ kuning, tetapi SnOx/AZO tetap hitam. Pengukuran PLQY menunjukkan kehilangan rekombinasi non-radiatif yang lebih rendah dan retensi PLQY yang lebih tinggi setelah penuaan untuk SnOx/AZO. KPFM menunjukkan lonjakan besar dalam kepadatan cacat permukaan untuk sampel SnOx yang telah menua, sementara SnOx/AZO hampir tidak berubah.

Aplikasi Produk

Kinerja dan Stabilitas Sel Sambungan Tunggal

Pada perangkat sambungan tunggal dengan struktur ITO / NiOx / Me-4PACz / perovskite / C60 / lapisan ALD / Ag, SnOx/AZO unggul mencapai efisiensi 23,47%, VOC 1,27 V, FF 83,92%, JSC 22,07 mA/cm², dengan histeresis yang berkurang secara signifikan. Kerapatan arus terintegrasi EQE adalah 21,62 mA/cm², di atas perangkat SnOx sebesar 20,92 mA/cm². Output daya stabil adalah 23,12%. Energi Urbach mencapai 13,11 meV, di bawah perangkat SnOx sebesar 16,38 meV.

Dalam hal stabilitas, setelah 1100 jam penuaan gelap pada suhu 85°C, SnOx/AZO mempertahankan di atas 90% efisiensi awalnya, sementara SnOx turun menjadi 85% pada 600 jam. Pada suhu 85°C dengan pencahayaan, SnOx/AZO tetap di atas 80% setelah 300 jam, sementara SnOx turun di bawah 60% setelah 200 jam. Dalam pengujian MPPT, SnOx/AZO mempertahankan 96% setelah 2000 jam, sementara SnOx turun menjadi 80% setelah 700 jam.

Kinerja dan Stabilitas Sel Tandem

Lapisan ganda ALD diintegrasikan ke dalam perangkat tandem perovskite/TOPCon silikon. HAADF-STEM menunjukkan lapisan ganda yang kontinu dan padat dengan SnOx sekitar 10 nm dan AZO sekitar 60 nm, tanpa lubang jarum atau delaminasi. HR-TEM mengonfirmasi bahwa SnOx bersifat amorf, dan EDS menunjukkan distribusi Zn yang seragam di AZO.

Perangkat tandem unggul mencapai efisiensi 33,25%, VOC 1,98 V, JSC 20,83 mA/cm², FF 80,71%, dengan hampir tidak ada histeresis. EQE menunjukkan fotocurrent sel atas dan bawah masing-masing 20,43 dan 20,40 mA/cm², yang cocok dengan baik. Output daya stabil adalah 32,38%.

Setelah 1000 jam penuaan termal pada suhu 85°C, SnOx/AZO mempertahankan efisiensi di atas 90%, sementara SnOx turun di bawah 90% dalam 400 jam. Dalam pengujian panas-lembab (double 85), SnOx/AZO tetap di atas 92% setelah 400 jam, sementara SnOx turun di bawah 80% dalam 200 jam. Setelah 1000 jam pencahayaan terus-menerus, SnOx/AZO mempertahankan di atas 96%, sementara SnOx turun di bawah 80% dalam 300 jam.

Ringkasan Mekanisme

Keunggulan lapisan ganda SnOx/AZO terletak pada dua hal. Lapisan konduktif AZO mempercepat ekstraksi elektron dan mengurangi akumulasi muatan antarmuka, yang menekan degradasi antarmuka yang dipicu reaksi. Pada saat yang sama, lapisan ganda yang padat bertindak sebagai penghalang ion dan kelembaban yang efektif, menahan korosi perak yang diinduksi iodida dan migrasi Ag⁺ ke dalam perovskite. Ekstraksi elektron yang lebih cepat dipasangkan dengan pemblokiran ion fisik memberikan mekanisme "decoupling fungsional", sehingga kedua efek memperkuat daya tahan perangkat bersama-sama.

Studi ini menggunakan bilayer SnOx/AZO all-ALD untuk menekan degradasi yang didorong oleh reaksi antarmuka pada sel tandem perovskite/silikon. Bilayer tersebut menggabungkan keselarasan pita yang baik dari SnOx dengan konduktivitas tinggi dan fungsi penghalang padat dari AZO, mengurangi akumulasi muatan dan menahan difusi ion serta masuknya uap air. Perangkat sel tunggal mencapai efisiensi 23,47%, perangkat tandem 33,25%, dan keduanya tetap di atas 96% dari efisiensi awal setelah 1000 jam MPPT. Ini menunjukkan betapa pentingnya rekayasa antarmuka dalam membangun PV tandem perovskite/silikon yang efisien dan stabil, serta menunjukkan jalur nyata menuju sel yang efisien dan tahan lama.

Penguji MPPT komposit perovskite, yang dibangun di sekitar simulator surya LED A+AA+ sebagai sumber cahaya penuaan, memberikan dukungan kuat untuk penelitian sel surya perovskite. Karena sel perovskite sangat sensitif terhadap cahaya dan suhu, titik daya maksimumnya terus berubah. Pengontrol MPPT melacak dan mengunci titik tersebut secara real-time, sehingga sistem selalu menghasilkan daya terbaiknya. Ini memaksimalkan hasil energi dan meningkatkan stabilitas serta ekonomi seluruh sistem PV.

Referensi: Menekan Reaksi Antarmuka pada Sel Surya Tandem Perovskite/Silikon melalui Bilayer SnOx/AZO All-ALD

Pandangan Ooitech

Yang menonjol di sini adalah ide "decoupling fungsional", membiarkan satu lapisan tipis menangani keselarasan pita dan lapisan lain menangani pemblokiran, alih-alih memaksa satu film SnOx melakukan kedua tugas dan kehilangan salah satunya. Di sisi produksi, keseragaman tumpukan ALD di seluruh modul ukuran penuh adalah tepat di mana kontrol jalur dan metrologi menjadi penting, dan ini adalah jenis detail proses yang kami perhatikan saat membangun jalur modul. Jika Anda ingin melihat lebih banyak tentang bagaimana manufaktur modul perovskite dan tandem benar-benar terwujud di lantai pabrik, saluran YouTube Ooitech (www.youtube.com/ooitech) layak diikuti.