校园网站建设开题报告,万宁市住房和城乡建设厅网站,wordpress建淘宝客网站,昆明网站设计制造自组装单分子层#xff08;SAM#xff09;作为空穴传输层#xff08;HTL#xff09;广泛应用于高效钙钛矿太阳能电池#xff0c;尤其是在钙钛矿-硅叠层器件中。然而#xff0c;SAM前驱体分子在溶液中容易自组装形成胶体聚集体#xff0c;严重影响了所制备HTL薄膜的覆盖率…自组装单分子层SAM作为空穴传输层HTL广泛应用于高效钙钛矿太阳能电池尤其是在钙钛矿-硅叠层器件中。然而SAM前驱体分子在溶液中容易自组装形成胶体聚集体严重影响了所制备HTL薄膜的覆盖率和质量制约了器件性能和稳定性。美能温湿度综合环境试验箱专为验证评估组件或材料的可靠性能达到快速升温降温提升测试效率满足IEC61215等标准。本研究证实对自组装单分子层SAM前驱体溶液进行pH调控可以有效抑制其分子的聚集。基于此发现研究人员设计了一种新型分子6-氨基己基膦酸盐酸盐6AHPACl并将其与原有SAM材料Me-4PACz混合形成一种共SAM策略用于制备带隙为1.67 eV的钙钛矿太阳能电池及钙钛矿-硅叠层电池。采用此策略冠军器件在1 cm²的面积上获得了29.1%的认证能量转换效率PCE。更重要的是封装后的叠层电池在经历1010次热循环后仍能保持95%的初始效率。此外本研究首次报道了封装后的钙钛矿-硅叠层器件成功通过了IEC 61215标准的湿冻测试。实验方法左pH调控SAM聚集机制示意图中间钙钛矿-硅叠层器件结构示意图右NREL认证效率结果材料与pH调节实验所用预刻蚀 ITO 玻璃、Me-4PACz、NiOₓ纳米颗粒等材料均为商用试剂6AHPACl 由 6 - 氨基己基膦酸与过量盐酸在乙醇中反应合成经旋蒸、洗涤、真空干燥后得到。Me-4PACz 前驱体溶液的 pH 调节分为含水和无水两种方法含水法通过添加氢碘酸HI降低 pH、添加氢氧化钾KOH水溶液提高 pH无水法通过添加纯乙酸降低 pH、添加 KOH 粉末提高 pHpH 值由 HANNA HI2222 酸度计校准后测定。器件制备1.67 eV 钙钛矿单结电池ITO 基底经清洗和紫外臭氧处理后旋涂 NiOₓ纳米颗粒溶液并退火在氮气手套箱中旋涂 SAM / 共 SAM 前驱体并退火随后旋涂 Cs₀.₂FA₀.₈Pb (I₀.₈Br₀.₂)₃钙钛矿前驱体经氮气吹扫和退火后旋涂 EDAI₂溶液进行表面钝化最后通过热蒸发沉积 LiF/C₆₀/BCP 电子传输层和 Cu 电极。硅底结电池以280 μm 厚的浮区FZ硅片为基底经刻蚀、清洗后通过等离子体增强化学气相沉积PECVD制备 i/n 型和 i/p 型非晶硅叠层再沉积 ITO 和 Ag 金属化电极。钙钛矿 - 硅叠层电池在硅底结的 ITO 表面进行紫外臭氧处理后按单结电池工艺制备钙钛矿顶结替换 BCP 和 Cu 层为原子层沉积ALD制备的 SnO₂层再溅射 ITO 并热蒸发 Ag 指状电极冠军器件额外沉积 MgF₂抗反射涂层。器件封装采用透明聚烯烃PO作为封装剂聚异丁烯PIB边缘密封在真空层压机中完成玻璃封装封装后电池效率绝对下降值≤3%。表征与测试器件的J-V 曲线、外量子效率EQE、光强依赖的 Voc 测试分别通过太阳模拟器、QuantX-300 光谱响应系统完成SAM 胶体的 TEM、DLS 和 zeta 电位测试薄膜的XPS、FTIR、扫描电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM测试钙钛矿的 XRD、稳态 PL、时间分辨 PLTRPL测试均采用商用表征设备SaP 测试用于分析钙钛矿层的静电势降ToF-SIMS 用于表征界面成分变化稳定性测试严格按照 IEC 61215 标准进行 MPPT、热循环和湿度冷冻测试。pH值对SAM前驱体聚集的影响A示意图显示pH对Me-4PACz聚集的影响。代表性Me-4PACz胶体的TEM图像分别来自B酸性pH 4.0、C原始pH 6.2和D弱碱性pH 8.0溶液。pH对E和H胶体尺寸分布以及F和IMe-4PACz前驱体溶液中zeta电位的影响pH值分别通过含水法E-G和无水法H-J调节。使用相同的pH调变Me-4PACz前驱体溶液制备的Me-4PACz层的覆盖率因子分别通过含水法G和无水法J调节研究表明pH值是决定Me-4PACz前驱体溶液中胶体尺寸的关键因素。通过透射电子显微镜TEM观察到原始Me-4PACz溶液pH6.2中存在明显的胶体聚集。当通过添加氢碘酸HI含水法或冰醋酸AcOH无水法将pH值调至酸性如pH4.0时胶体尺寸显著减小分布更均匀。而将pH值调至弱碱性pH8.0则导致胶体尺寸增大。动态光散射DLS和Zeta电位测试进一步证实酸性条件下胶体粒径减小Zeta电位升高表面电荷更正胶体稳定性增强。相应地由酸性前驱液制备的SAM薄膜其表面覆盖率因子也显著提高。pH调控对单结钙钛矿电池性能的影响A展示的1.67 eV单结钙钛矿太阳能电池结构示意图。使用不同pH值通过含水法B和无水法C调节的Me-4PACz前驱体制备的太阳能器件的PCE分布。使用不同pH值通过含水法D和E和无水法G-I调节的Me-4PACz前驱体的同一批器件每种类型10个的D和G开路电压Voc、E和H短路电流密度Jsc和F和I填充因子FF分布将不同pH值的前驱液用于制备1.67 eV单结钙钛矿电池结构为Cu / BCP / C60 / LiF / EDAI₂ / 钙钛矿 / co-SAM / NiOₓ / ITO玻璃器件性能统计显示无论是采用含水法还是无水法使用酸性前驱液pH4.0或2.5制备的SAM分别称为HI-SAM和AcOH-SAM均能显著提升器件的开路电压、短路电流密度和填充因子从而获得比原始SAMpH6.2更高的效率。然而将pH值过度降低至~1.0时器件性能大幅下降。分析认为过强的酸性可能导致NiOₓ表面过度质子化甚至部分刻蚀破坏了对膦酸基团锚定至关重要的表面-OH基团从而恶化了SAM/NiOₓ界面。新型共SAMMe-4PACz 6AHPACl的设计与优势A本研究中使用的SAM材料的分子结构。BMe-4PACz和6AHPACl的偶极矩德拜计算值。在有无pH调控使用HI或AcOH或6AHPACl添加的情况下在NiOₓ/ITO衬底上制备的SAMs的XPS谱图CP 2p和DCl 2p。比较了有无6AHPACl添加的SAM前驱体中E胶体尺寸分布和FZeta电位。G有无6AHPACl添加时制备的SAMs在NiOₓ/ITO上的覆盖率因子。有无6AHPACl添加时在H和JSAMs和I和K随后沉积的钙钛矿薄膜上拍摄的SEM图像ANiOₓ上SAMs和共-SAM与钙钛矿层相比的能级图。B和C使用相同条件在各种SAMs上制备的钙钛矿的B稳态PL和CTRPL。D同一样品的微分寿命与时间的关系基于pH调控的原理本研究设计并合成了6AHPACl。将6AHPACl加入Me-4PACz溶液中不仅将pH值从6.2调制到3.2有效抑制了胶体形成还带来了额外的好处增强的锚定性XPS和TOF-SIMS证实6AHPACl中的Cl元素存在于共SAM层中。更强的P 2p信号表明共SAM在NiOₓ上的覆盖率因子更高锚定更牢固。改善的界面能级紫外光电子能谱UPS测量显示共SAM的HOMO能级与钙钛矿的价带顶VBM能级差更小有利于空穴提取。同时共SAM更强的偶极矩通过密度泛函理论计算和“稳定化-脉冲”测量法证实提高了内建电势有助于提升Voc。更优的钙钛矿质量共SAM表面更佳的润湿性使得上层钙钛矿薄膜的覆盖率更好结晶质量更高非辐射复合显著减少。稳态和瞬态光致发光光谱PL和TRPL显示沉积在共SAM上的钙钛矿薄膜具有更强的PL强度和更长的载流子寿命。微分寿命分析表明共SAM有效抑制了界面复合。基于共SAM的单结与叠层电池性能优化与表征A展示的单结钙钛矿太阳能电池结构示意图。B使用最佳浓度6AHPACl添加到Me-4PACz前驱体的SAM与共-SAM策略的冠军器件的光态J-V曲线。C使用SAM和共-SAM策略的代表性电池的EQEs及积分电流密度。使用不同浓度6AHPACl添加到Me-4PACz前驱体每种类型10个制备的多个器件的DPCE、E开路电压、F短路电流密度、GFF、H并联电阻和I串联电阻分布通过优化Me-4PACz中6AHPACl的添加量最佳为0.1 mg/mL采用共SAM的单结冠军电池效率达到了22.8%其Voc、Jsc和FF均有显著提升。串联电阻Rs降低和并联电阻Rsh升高表明界面接触改善和漏电减少。外部量子效率EQE测试显示共SAM器件在整个光谱范围内响应略有提升。将优化的共SAM策略应用于钙钛矿-硅叠层电池冠军器件1 cm²经美国国家可再生能源实验室NREL认证的效率高达29.1%开路电压Voc为1.95 V这是目前采用1.67 eV钙钛矿顶电池的叠层器件中的最高认证Voc之一。器件稳定性测试A带有减反射涂层的冠军钙钛矿-硅叠层器件示意图和B横截面SEM图像。NREL测量的冠军器件的C光态J-V和DEQE曲线。E代表性封装的SAM和共-SAM钙钛矿-硅叠层电池的最大功率点跟踪和FIEC 61215标准热循环测试G代表性封装的共-SAM钙钛矿-硅叠层电池的IEC 61215湿冻测试。F和G中的垂直虚线代表IEC 61215要求的最少循环次数封装后的叠层器件进行了严格的稳定性测试最大功率点跟踪MPPT在连续1个太阳光照射下采用共SAM的叠层电池在1000小时后仍保持93%的初始效率而采用纯Me-4PACz的对照器件在200小时后效率已损失20%。热循环测试在-40°C至85°C之间进行热循环测试采用共SAM的封装器件在完成1010次循环后仍保留了95%的初始效率远超IEC 61215标准要求的200次最低循环数。相比之下对照器件在72次循环后效率即下降至初始值的65%。TOF-SIMS分析表明对照器件效率下降可能与SAM的脱附有关而共SAM的锚定性更好保持了界面稳定。湿冻测试令人瞩目的是一个采用共SAM的封装叠层器件在完成50次热循环测试前提后又成功经受住了26次湿冻循环-40°C至85°C85%相对湿度远超IEC 61215标准要求的10次最低循环数。这是迄今为止首个被报道能通过此项严苛测试的钙钛矿-硅叠层器件。其优异的稳定性归因于共SAM带来的高质量、低应力钙钛矿薄膜以及更稳定的NiOₓ/SAM/钙钛矿界面。本研究阐明了pH调控对SAM前驱体聚集行为的关键作用并基于此设计了6AHPACl与Me-4PACz的共SAM策略。该策略不仅显著提升了宽带隙钙钛矿电池和钙钛矿-硅叠层电池的效率更在器件稳定性上取得了里程碑式的突破首次使叠层器件通过了IEC 61215湿冻测试。这项工作为高性能、高稳定性SAM的设计提供了新思路对推动钙钛矿叠层技术的产业化具有重要意义。美能温湿度综合环境试验箱美能温湿度综合环境试验箱美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器能够实现多段温度编程具有高精确度和良好的可靠性满足不同气候条件下的测试需求。▶温度范围20℃~130℃▶温湿度范围10%RH~98%RH(at20℃-85℃▶满足试验标准IEC61215、IEC61730、UL1703等检测标准美能温湿度综合环境试验箱通过精确控制紫外辐照剂量与85°C/85%RH的湿热环境为钙钛矿光伏组件的可靠性评估提供了关键测试条件,为其商业化应用提供了扎实的实验依据。原文参考pH modulation for self-assembly-monolayer-type hole transport layer for efficient and stable perovskite-silicon double-junction solar cells