Productintroductie

Perovskiet/silicium tandemcellen hebben al 35% rendement bereikt. Het probleem is stabiliteit. Deze apparaten zijn nog ver verwijderd van de 25-jaar levensduur die commercialisering vereist, en de oorzaak ligt bij de interfaces. Daar hoopt lading zich op, en die ophoping veroorzaakt redoxreacties en ionmigratie.

De veelgebruikte ALD-SnOx elektronentransportlaag heeft een dikte-afweging vanwege de hoge weerstand. Te dik en de serieweerstand stijgt. Te dun en het kan sputter-schade of iondiffusie niet blokkeren. Om dit te bestuderen, kan een perovskiet-composiet MPPT-tester met een AAA-klasse LED-zonnesimulator als verouderingslichtbron de celtemperatuur op verschillende manieren regelen en de omgeving beheren, en langdurige stabiliteitstesten uitvoeren.

Dit werk bouwt een SnOx/AZO dubbellaag via een volledig ALD-proces. Een ultradunne SnOx behoudt de banduitlijning, terwijl een geleidende AZO-laag een laagweerstandspad biedt en als een dichte barrière fungeert. Dat splitst ladingswinning en fysieke blokkering in twee afzonderlijke taken. Enkelvoudige breedbandgap perovskietcellen met deze structuur bereikten 23,47% rendement, en tandemapparaten haalden 33,25%. Na 1000 uur continue belichting behielden ze nog 96% van hun initiële rendement, wat de interfacestrategie ondersteunt.

Technische Parameters

Specificaties van de Perovskiet Composiet MPPT-tester

Technische voordelen

ALD dubbellaag fabricage en elektrische prestaties

Enkelvoudige junctietesten toonden aan dat SnOx het beste presteert bij 150 cycli. Dikker maken verhoogde de serieweerstand en verlaagde de vulfactor. Om de weerstandslimiet te verlichten, voegden de auteurs een ALD-gegroeide AZO-tussenlaag toe. Twee stacks werden vergeleken: 250-cyclus SnOx versus 100-cyclus SnOx plus 400-cyclus AZO.

J-V-metingen toonden aan dat de SnOx/AZO-combinatie de apparaatprestaties verbeterde. Energie-niveau-analyse vond dat de geleidingsbandminimum stapsgewijs afneemt van SnOx naar AZO naar IZO, wat een gunstigere trapvormige banduitlijning vormt die de extractiebarrière aan het grensvlak verlaagt. c-AFM toonde aan dat SnOx/AZO en puur AZO veel beter geleiden dan puur SnOx. KPFM toonde een meer uniforme oppervlaktepotentiaal en lagere defectdichtheid op de SnOx/AZO perovskietfilm. Transiënte absorptiespectroscopie bevestigde snellere dragerextractie met SnOx/AZO.

ALD-laag onderdrukt degradatie

Na 400 uur veroudering bij 85°C onder belichting vertoonden de SnOx-monsters sterkere loodjodide-absorptie in UV-vis, metallische Pb⁰-diffractiepieken in XRD, en grensvlakholtes plus bulkverlies in dwarsdoorsnede SEM. In de SnOx/AZO-monsters waren deze degradatieverschijnselen veel zwakker. TOF-SIMS toonde zware Ag-penetratie in de perovskietlaag en ernstige I⁻-diffusie in de SnOx-apparaten, terwijl de SnOx/AZO-apparaten geen duidelijke ionendiffusie vertoonden.

Na 7 dagen bij 85% RH ontwikkelde de met SnOx bedekte film een gele δ-fase, maar SnOx/AZO bleef zwart. PLQY-metingen toonden lagere niet-stralende recombinatieverliezen en hogere PLQY-retentie na veroudering voor SnOx/AZO. KPFM toonde een grote sprong in oppervlaktedefectdichtheid voor het verouderde SnOx-monster, terwijl SnOx/AZO nauwelijks veranderde.

Producttoepassing

Prestaties en stabiliteit van enkelvoudige junctiecellen

In enkelvoudige junctie-apparaten met de structuur ITO / NiOx / Me-4PACz / perovskiet / C60 / ALD-laag / Ag bereikte de SnOx/AZO-kampioen 23,47% efficiëntie, VOC 1,27 V, FF 83,92%, JSC 22,07 mA/cm², met duidelijk verminderde hysteresis. De EQE-geïntegreerde stroomdichtheid was 21,62 mA/cm², boven de 20,92 mA/cm² van het SnOx-apparaat. Gestabiliseerd vermogen was 23,12%. De Urbach-energie bedroeg 13,11 meV, onder de 16,38 meV van het SnOx-apparaat.

Wat stabiliteit betreft, na 1100 uur donkere veroudering bij 85°C behield de SnOx/AZO meer dan 90% van zijn initiële efficiëntie, terwijl SnOx na 600 uur was gedaald tot 85%. Onder 85°C met belichting bleef SnOx/AZO na 300 uur boven 80%, terwijl SnOx na 200 uur onder 60% zakte. In MPPT-testen hield SnOx/AZO 96% na 2000 uur, terwijl SnOx na 700 uur tot 80% daalde.

Prestaties en stabiliteit van tandemcellen

De ALD-dubbellaag werd geïntegreerd in een perovskiet/TOPCon-silicium tandemapparaat. HAADF-STEM toonde een continue, dichte dubbellaag met SnOx van ongeveer 10 nm en AZO van ongeveer 60 nm, zonder gaten of delaminatie. HR-TEM bevestigde dat de SnOx amorf is, en EDS toonde een uniforme Zn-verdeling in de AZO.

Het beste tandemapparaat bereikte een efficiëntie van 33,25%, VOC 1,98 V, JSC 20,83 mA/cm², FF 80,71%, met bijna geen hysterese. EQE toonde fotostromen van de bovenste en onderste cel van respectievelijk 20,43 en 20,40 mA/cm², een goede match. Het gestabiliseerde vermogen was 32,38%.

Na 1000 uur thermische veroudering bij 85°C behield de SnOx/AZO meer dan 90% efficiëntie, terwijl SnOx binnen 400 uur onder 90% zakte. In damp-hittetesten (dubbele 85) bleef SnOx/AZO na 400 uur boven 92%, terwijl SnOx binnen 200 uur onder 80% zakte. Na 1000 uur continue belichting hield SnOx/AZO meer dan 96%, terwijl SnOx binnen 300 uur onder 80% zakte.

Samenvatting mechanisme

Het voordeel van de SnOx/AZO-dubbellaag komt neer op twee dingen. De geleidende AZO-deklaag versnelt de elektronenextractie en vermindert de ladingsopbouw op het grensvlak, wat de door reacties aangedreven degradatie van het grensvlak onderdrukt. Tegelijkertijd fungeert de dichte dubbellaag als een effectieve ionen- en vochtbarrière, die jodide-geïnduceerde zilvercorrosie en Ag⁺-migratie naar het perovskiet tegenhoudt. Snellere elektronenextractie gecombineerd met fysieke ionenblokkering geeft een "functionele ontkoppeling"-mechanisme, waardoor de twee effecten samen de duurzaamheid van het apparaat versterken.

Deze studie gebruikt een volledig ALD SnOx/AZO-dubbellaag om door grensvlakreacties aangedreven degradatie in perovskiet/silicium tandemcellen te onderdrukken. De dubbellaag combineert de goede banduitlijning van SnOx met de hoge geleidbaarheid en dichte barrièrefunctie van AZO, waardoor ladingsaccumulatie wordt verminderd en ionendiffusie en vochtindringing worden tegengehouden. Enkelvoudige cellen bereikten 23,47% efficiëntie, tandemcellen 33,25%, en beide behielden meer dan 96% van hun initiële efficiëntie na 1000 uur MPPT. Het toont aan hoe centraal grensvlakengineering is voor het bouwen van hoogrenderende, stabiele perovskiet/silicium tandem-PV, en wijst op een reëel pad naar cellen die zowel efficiënt als duurzaam zijn.

De perovskiet-composiet MPPT-tester, gebouwd rond een A+AA+ LED-zonnesimulator als verouderingslichtbron, biedt sterke ondersteuning voor onderzoek naar perovskiet-zonnecellen. Omdat perovskietcellen zo gevoelig zijn voor licht en temperatuur, verschuift hun maximale vermogenspunt constant. De MPPT-controller volgt en vergrendelt dat punt in realtime, zodat het systeem altijd op zijn beste vermogen presteert. Dit maximaliseert de energieopbrengst en verbetert de stabiliteit en economie van het hele PV-systeem.

Referentie: Onderdrukken van grensvlakreacties in perovskiet/silicium tandemzonnecellen via een volledige ALD SnOx/AZO dubbellaag

Ooitech's Visie

Wat hier opvalt is het idee van 'functionele ontkoppeling', waarbij één dunne laag de banduitlijning regelt en een andere het blokkeren, in plaats van een enkele SnOx-film beide taken te laten doen en op een van beide in te leveren. Aan de productiekant is de uniformiteit van de ALD-stapel over een volledige module precies waar lijncontrole en metrologie van belang zijn, en het is het soort procesdetail waar we ons mee bezighouden bij het bouwen van modulijnen. Als u meer wilt zien van hoe de productie van perovskiet- en tandemmodules daadwerkelijk op de fabrieksvloer tot stand komt, is het Ooitech YouTube-kanaal (www.youtube.com/ooitech) het volgen waard.