연구 성과와 볼거리

칼슘 티타늄 태양 전지의 매장 인터페이스에 대한 최적화 연구,화중과학기술대학 진위 교수와 류종호 교수, 협력심천직업기술대학진바이 리교수진은 중대한 돌파를 이룩하고 혼합을 깊이 탐구했다자체 조립 단일 분자층(SAM)퇴적 과정 중의 분자 간 상호작용 메커니즘이 연구는 최고의 저널 인자연 커뮤니케이션', 제목:효율적인 광대역 페로브스키트 태양전지 및 효효율적인 효효효율적인 효율적인 효율적인 광대역 효효율적인 효효율적인 효효율적인 효율적인 광대역간격 페로브스키트 태양전지 전지와 효율적인 효율》。

연구팀은 광대역 틈새 칼슘 티타늄 태양 전지를 성공적으로 해결하는 획기적인 인터페이스 변성 전략을 개발했다(WBG PSC)중장기 과제 - 혼합SAM은간의 경쟁적 흡착으로 인한 인터페이스 결함 문제.연구자 는 세 가지 다른 공흡착제 를 체계적 으로 고찰했다(PA)、CA는화SA)및 일반SAM은재료Me-4PACz는간의 상호 작용 메커니즘과 효능 영향.

연구의 주요 성과는 다음과 같습니다.

•이론적 계산 제시SA는주요 역할:분자동력학 (MD는) 시뮬레이션 및 밀도 일반 함수 이론 (DFT는) 계산은 다음과 같이 명시합니다.공흡착제SA는채우기 경향NiOx는화ITO는표면의 덮어쓰지 않은 비트, 및Me-4PACz는유리한 상호작용을 일으키고, 그 분산을 촉진하여, 따라서 형성된다.더욱 촘촘한 전동 선택층。SA-Me는키 매듭은 심지어Me-Me는키 매듭 에너지, 깨는데 도움Me-4PACz는의 상봉.

•실험 검증SA는인터페이스 및 칼슘 티타늄 품질 최적화:실험 결과 강력하게 증명, 사용네/저-4팩블렌드SAM은인터페이스의 비방사성 복합 손실을 현저하게 줄이고 매장된 인터페이스의 에너지 등급 배열을 최적화하였다그리고 효과적으로 조정WBG는칼슘 티타늄의 결정 질량.XPS는분석이 한층 더 실증되었다SA는향상된 기능Me-4PACz는에서NiOx는의 흡착.SEM은화XRD는등 표징기술도 보여준데 따르면SA는의 도입은 칼슘 티타늄 박막의형태학및 결정성.

•WBG PSC는탁월한 성능 향상:기반SA는에 대한 인터페이스 최적화 전략,1.77 eV광대역 틈 칼슘 티타늄 태양 전지획득20.67%전력 변환 효율 (PCE는）, 및 통과인증 완료20.21%. 최대1.332V의 회로 전압 (VOC는），인증 값은 입니다.1.313V, 동종 부품에서 두드러진 성과를 보였다.대조 그룹에 비해SA는개량 기판 위의 칼슘 티타늄 박막이 펼쳐져 있다더 높은PLQY는값그리고 더 높은QFLS는값。

•전체 칼슘 티타늄 중첩 부품 접근29%인증 효율성:효율성 향상WBG PSC는와1.26 eV좁은 에너지 갭 (NBG는）PSC는결합하여 성공적으로 제조하였다양단 전체 칼슘 티타늄 레이어 태양 전지(TSC는）, 그PCE는놀라운28.94%(인증 값28.78%, 소면적0.087cm의2）. 또한,소형 폼 팩터 모듈 (공경 면적11.3cm의2) 도 실현되었다23.92%의PCE는。

•중첩 부품은 우수한 장기 안정성을 보여줍니다.사용SA는인터페이스를 개량한 전체 칼슘 티타늄 레이어 부품은 가혹한 조건에서 (85 ℃，N2는또는 85 ℃/85%상대 습도)는 우수한 장기 작동 안정성을 보여줍니다.

그림 1i：SA는기저상 광대역계 칼슘 티타늄 태양전지(WBG PSC)최상의J-V는커브

연구팀

이 창의적인 연구는 여러 분야의 팀이 공동으로 완성한 것이다. 교신저자는화중과학기술대학 진위교수 (Wei Chen은)과 유종호 (Zonghao Liu는) 교수 및 심천직업기술대학진바이 리教授。

이 중요한 연구 업무는 주로 다음과 같다.단위진행:

1. 화중과학기술대학(Huazhong 과학기술대학, HUST)

2. 심천직업기술대학(심천 대학교)

3. 광곡실험실(Optics Valley 연구소)

연구 배경

•인터페이스 엔지니어링의 복잡성:자체 조립 단일 분자층이지만(SAM)칼슘 티타늄 태양 전지를 개선하는 인터페이스에 널리 사용되지만블렌드SAM은퇴적 과정 중의 상호 작용과 경쟁 흡착 행위아직 충분히 연구되지 않았다.공흡착제가 어떻게 흔한 영향을 미치는지 이해하다SAM은재료(예Me-4PACz)의 성막 과정은 도전이다.

•비방사성 복합 손실:WBG PSC는에 국한된 효율성인터페이스의 비방사성 복합 손실. 인터페이스 결함을 효과적으로 둔화시키고 전하 복합을 줄이며 회로 전압을 높이는 방법(VOC)관건적인 난제다.

•높은 회로 전압 구현(VOC)：비록WBG는잠재성이 높은 재료VOC는그러나 실제 부품의VOC는종종 이론의 한계보다 낮다.줄이다VOC는손실특히 인터페이스의 비방사성 복합과 관련된 손실은 효율을 높이는 관건이다.

•에너지 조준 문제:전동에서 레이어 선택(HTL)칼슘 티타늄 광층과의에너지 조준이 좋지 않다.전하 전송을 방해하고 부품의 효능을 떨어뜨릴 수 있다.

•칼슘 티타늄 박막의 결정 품질:얻다고품질, 균일 및 결함이 적은 광대역 틈 칼슘 티타늄 박막여전히 도전이다.인터페이스 수식제는 칼슘 티타늄 광산의 성핵과 생장 과정을 효과적으로 조절할 수 있어야 한다.

•전체 칼슘 티타늄 레이어 배터리의 발전:효율성 향상WBG PSC는좁은 에너지 갭(NBG) PSC고성능 전체 칼슘 티타늄 레이어 배터리를 구축하기 위한 통합하위 배터리 간의 인터페이스를 정확하게 제어그리고 전하가 효과적으로 복합되었는지 확인합니다.

그림 3b

해결 방법

연구팀은 상술한 어려움과 도전에 대하여조정 혼합 자체 조립 단일 분자층(SAM)경쟁 우위 확보핵심 솔루션 및 방법론:

•정확한 조정 인터페이스 형성:연구팀이 깊이 연구하다.공동 흡수제 (PA, CA, SA)및 일반SAM은재료(Me-4PACz)상호작용.분자동력학을 통과하다(MD)시뮬레이션 및 밀도 범함 이론(DFT)계산, 차이를 드러냈다공동 흡수제와Me-4PACz는에서NiOx는화ITO는표면의 흡착 행위와 에너지.

•최적화된 동굴 선택층:연구 결과SA는으로공동 흡수제덮어쓰지 않은 비트를 효과적으로 채우고 간섭하지 않는 경우Me-4PACz는의 흡착, 치밀한 전동 선택층 형성 확보。

•비방사성 복합을 억제하려면:네/저-4팩블렌드SAM은인터페이스의 비방사성 복합 손실을 효과적으로 줄일 수 있다, 이것은 더 높은 광학 발광 양자 생산율을 통해(PLQY)준페미급 분열(QFLS)검증할 만하다.

•에너지 조준 개선:계산 및 실험 결과,SA-Me는이중체력은 더 좋은 에너지 등급 배열을 실현한다칼슘 티타늄 광층에서 전동 전송층으로의 전동 추출과 전송에 도움이 된다.

•조절 칼슘 티타늄 결정:제자리 광택 발광(PL)스펙트럼,X방사선 연사(XRD)및 광각 스윕X방사선 산란(GIWAXS)등 표징에 의하면,SA는변성된 인터페이스는 더 높은 품질, 결정성, 결함이 적은 광대역 틈 칼슘 티타늄 필름을 얻을 수 있도록 도와준다。

•회로 전압을 높이다.(VOC)：상술한 전략을 통해 현저하게 향상되었다WBG PSC는의VOC는에너지 손실 분석을 통해 확인비방사성 복합 손실의 감소는VOC는향상의 주요 원인。

•효율적인 계층형 배터리 구축:효율적인SA는변성WBG PSC는좁은 에너지 갭(NBG) PSC결합하여 성공적으로 제조고효율(28.94%인증 값28.78%)전체 칼슘 티타늄 레이어 태양 전지그리고 좋은 안정성을 보여줍니다.

적합한 것을 선택함으로써공동 흡수제 (SA)와Me-4PACz는形成混合SAM은, 세밀한 조정 인터페이스 특성을 통해 광대역 틈 칼슘 티타늄 태양 전지 및 전체 칼슘 티타늄 레이어 전지에서의 성능을 전면적으로 향상시킨다。

그림S10

실험 절차와 과정

재료 제조

•연구 주요 용도[4-(3,6 디메틸 9H 카르바솔 9 일) 부틸] 인산 (Me-4PACz)자체 조립 단일 분자층으로(SAM)재료.

•공흡착제로 세 가지 다른 이중 기능 알킬아민을 동시에 사용합니다.(6-aminohexyl) - 인산 (PA)、7-aminoheptanoic 산 (CA)화6 아미노6 6 6 아미노6 6 6 아미노6 6 6 아미노6 6 6 아미노6 6 6 6 6-aminohexane-1-sulfonic 산 (SA)。

•이 재료들은 특정 비율로 용해되어 에탄올에서 혼합을 이룬다SAM은용액

•광대역 갭(WBG)칼슘 티타늄 태양 전지의 전구물 용액은FA0.8Cs0.2Pb (I0.6Br0.4) 3의 구성.

•좁은 에너지 갭(NBG)칼슘 티타늄 태양 전지의 전구물 용액은FA0.6MA0.3Cs0.1Pb0.5Sn0.5I3 의 구성.

연구 과정과 중요한 발견

•계산 연구(DFT는계산 및MD는시뮬레이션)：

○DFT계산:검토PA、CA는화SA는에서NiOx는화ITO는표면의 결합 모드와 흡착 에너지.결과 표시,SA는에서ITO는의 흡착력은Me-4PACz는。

○MD는시뮬레이션:연구 공흡착제와Me-4PACz는경쟁 흡착 행위.SA는먼저 붙일 수 있어요.NiOx는표면, 그리고 통과SA-Me는이중합체 강화Me-4PACz는의 흡착은 더욱 균일한 흡착 분자층을 형성하고 채우는 데 도움이 된다NiOx는에서ITO는표면이 덮어쓰지 않은 영역。SA-Me는이중합체의 결합은Me-Me는이중합체。

○계산 표시,SA-Me는이중체력은 더 좋은 에너지 등급 배열을 실현한다。

도 S4a 및 도 1a-d

•태양 전지의 제조 및 테스트:

○차이점 기반SAM은수식의이것/NiOx라이닝 베이스가 완성되어 있어요.WBG PSC는부품.SA는베이스 부품이 가장 높은PCE 20.67%(인증 값20.21%)화Voc 1.332 V(인증 값1.313 V)。

○통합을 통해 최적화된WBG는화NBG는하위 배터리, 준비됐어요2-엔드 전체 칼슘 티타늄 레이어 태양 전지(TSC)，기반SA는최대 배터리 개수PCE 28.94%인증 값28.78%)。

○기반도 만들었어요.SA는의 레이어 마이크로 어셈블리평균PCE는위21.82±1.28%(구멍 지름 면적11.3 cm2)。

그림 4c

•배터리 안정성:

○기반SA는의 계층형 배터리는85℃질소 분위기 중화85℃/85%상대습도의 환경에서는향상된 스토리지 안정성. 지속 중오전 1.5 G빛에 비추다MPPT는운행500시간 후,초기 유지PCE는의85%。

그림 4f

연구 성과 표징

광학 발광 양자 생산율(PLQY)준페미급 분열(QFLS)

서로 다른 라이닝 바닥에 쌓인 칼슘 티타늄을 측정한PLQY는그리고 그에 상응하는QFLS는계량화SAM/칼슘 티타늄 계면의 비방사성 복합 손실.

그림3d, E: 유리 기저에 쌓인 칼슘 티타늄 박막을 표시하는PLQY는값은4.231%, 해당QFLS는값은1.388 eV. 블렌드에 쌓인 경우SAM은위의 칼슘 티타늄 박막,SA는샘플은 가장 높은 것을 얻었다PLQY는값3.005%, 해당QFLS는값은1.379 eV。SA는공통 흡착 정책을 통해 감소SAM/칼슘 티타늄 계면의 비방사성 복합 손실.

Enlitech는차세대QFLS 지도계량기 강세 등장!재료의 우열 상황을 빠르게 파악!

Enlitech QFLS-Maper는，1/5장비 가격으로 사용 가능매핑기능 산출QFLS 이미지, 시각화 전체 준비 미터급 분포 상황, 재료 우열을 한눈에 볼 수 있다!

최신 뉴스를 확인하십시오.!

전류-전압(J-V)커브

측정 기준은 다름SAM은수식의이것/NiOx라이닝으로 제작된 광대역 갭(WBG)칼슘 티타늄 태양 전지(PSC)전체 칼슘 티타늄 레이어 태양 전지(TSC)의J-V는정방향 및 역방향 스윕을 포함한 커브

l 광대역 틈 칼슘 티타늄 태양 전지(WBG PSC)：사용SA는공흡착제의 부품은 현저한 성능 향상을 보여주어 가장 높은PCE 20.67%(역방향 검색) 및1.332V의 회로 전압(Voc). 이 결과는 인증되었습니다.PCE는위20.21%，Voc는위1.313V(그림S23). 이 수치들은 당시 보도된 것이다(1.77 eV) WBG PSC의 최고 수준입니다.

l 전체 칼슘 티타늄 레이어 태양 전지(전체 페로프스카이트 TSC)：SA는공흡착제 역시 중첩전지의 성능을 현저하게 향상시켜 가장 높은PCE 28.94%(역방향 검색) 및2.146 V의의Voc는. 안정적인 출력PCE는위28.72%(그림S37). 배터리의PCE는인증 대상28.78%，Voc는위2.145 V의(그림S38)。

l 기반SA는의 중첩 미니 어셈블리:다섯 개의 하위 배터리를 포함하는 기반SA는의 중첩 마이크로 어셈블리는 균일성, 평균PCE는도달21.82 ±1.28%(구멍 지름 면적11.3cm의2). 최적 소형 구성 요소PCE는위23.92%，Voc는위10.10 볼트(그림4e)。

외량자효율(EQE)

연구팀 사용Enlitech QE-R는양자 효율 측정 시스템측정 기준은 다름SAM은의 단일 매듭WBG PSC는화NBG PSC는그리고 태양전지를 겹쳐놓은EQE는스펙트럼

그림S20는: 제어 그룹,PA그룹,CA는그룹 및SA는조WBG는부품의EQE는포인트JSC는각각 17.42、17.60、17.64화18.06 mA cm의?2, 및J-V는추출된 검색JSC는일치하다.그림4D및 그림S36b는표시SA는기반TSC는의WBG는화NBG는하위 전지의EQE는스펙트럼,EQE는적분의WBG는화NBG는하위 전지의JSC는값은 각각 15.94화15.71 mA cm의?2。

제자리 광택 발광(PL)스펙트럼

칼슘 티타늄이 전구체 회전 도료와 퇴화 단계에서 통제조와SA는그룹 라이닝의 결정 동작.（그림S24는）

X방사선 광전자 스펙트럼(XPS)

사용XPS는기반 측정Me-4PACz는개별 (대조 그룹) 및 및PA、CA는또는SA는혼합의SAM은수식의이것/NiOx안감의 표면 화학 성분과 원소 가격.공흡착제의 존재를 검증하고 그것들이Me-4PACz는에서NiOx는표면 흡착과 전도성의 영향.XPS는그 결과 공흡착제가 혼합되고 있다는 것이 직접 확인되었다SAM은의 존재 및 제시SA는의 도입은 효과적일 뿐만 아니라Me-4PACz는공흡착, 강화도 가능Me-4PACz는와NiOx는의 결합 및 향상NiOx는의 전도성.（그림S9는、S10은、S11은、S12는）

동적 광 산란(DLS)

사용DLS는서로 다른 혼합 흡착 분자 용액 중 미세 접착제 입자의 입경 분포를 측정하였다.그 결과 공흡착제의 도입이 낮아진 것으로 나타났다Me-4PACz는용액에서 형성된 미세 접착제의 평균 크기는 공흡착제가 억제되었음을 나타낸다Me-4PACz는미세 접착제의 형성 (그림S13은）

자외선-가시광선(UV 비스)스펙트럼

모니터링Me-4PACz는에서이것/NiOx안감의 흡착동력학은 단독의Me-4PACz는용액 및Me-4PACz는와PA、CA는또는SA는의 혼합 용액.네/저-4팩의 흡착 속도가 더 빠르고 적재량이 더 높습니다.（그림S14는）

접촉각 측정

컨트롤 그룹에 물방울 측정 및PA、CA는화SA는처리된이것/NiOx라이닝 바닥의 접촉각.접촉각의 증가는 공흡착제를 도입하면 표면의 소수성이 증가한다는 것을 나타내는데, 이는 주로 혼합 때문이다SAM은더 나은 오버레이이것/NiOx표면, 고도의 친수성 기단의 노출을 감소시켰다.（그림S15는）

X방사선 연사(XRD)및 스윕X방사선 연사(GIXRD)

사용XRD는다른 곳에 퇴적된 것을 측정했다SAM은장식된 라이닝 바닥에 칼슘 티타늄 박막의 결정 구조.사용GIXRD는박막의 잔여 응력을 연구했다.（그림S26는、그림S27는）

입사 광각X방사선 산란(GIWAXS)화PL는매핑

박리 기술을 사용하여 칼슘 티타늄의 바닥 표면을 노출하고 수행GIWAXS는화PL는표징을 매핑하다.연구 혼합SAM은하단 인터페이스의 칼슘 티타늄 질량과 비방사성 복합에 대한 영향.제어 그룹에 비해SA는기 칼슘 티타늄 박막은 더 높은PL는강도와 균일성은 하단 인터페이스의 비방사성 복합이 억제됨을 나타낸다.（그림S28는, 그림2i-l）

자외선 전자 스펙트럼(UPS)

제조된 빈 구멍 전송층 측정(HTL)의 에너지 수준 정렬입니다.평가SAM은코스메틱 쌍이것/NiOx기능 및 가격대 최대값(VBM)의 영향.（그림3A는및 그림S29는）

시간 분별 광 발광（TRPL）

측정 침적은 서로 다르다SAM은장식된 라이닝 바닥에 칼슘 티타늄 박막의 캐리어 동력학.（그림3B, C）

결론

연구진은 혼합 자체 조립 단분자층을 심도 있게 탐구했다(SAM)중공흡착제와[4-(3,6-디메틸-9H-카르바졸-9-기반)딩키]포스핀산(Me-4PACz)의 상호 작용 및 고효율 광대역 틈 칼슘 티타늄 태양 전지(WBG PSC)레이어드 태양전지에서의 응용.연구 결과,6-아미노헥산-1-술폰산(SA)공흡착제로서 간섭하지 않고 덮어쓰지 않은 위치를 효과적으로 채울 수 있다Me-4PACz는의 흡착은 치밀한 전동 선택층을 형성한다.

분자동력학을 통하여(MD)시뮬레이션 및 밀도 범함 이론(DFT)계산, 연구, 천명SA는와Me-4PACz는균형잡힌 표면과 분자 간의 상호작용은Me-4PACz는에서NiOx는화ITO는표면이 더 균일하게 흡착되다.XPS는표징 결과는 한층 더 검증되었다SA는블렌드SAM은의 존재 및 표시SA는가능향상된Me-4PACz는와NiOx는의 결합 기능 및 향상NiOx는의 전도성.

본 연구의 주요 성과는 다음과 같습니다.

• 기반네/저-4팩블렌드SAM은의1.77 eV WBG PSC최대 달성20.67%전력 변환 효율(인증 대상20.21%)화1.332V의 회로 전압(인증 대상1.313 V)。

•네/저-4팩블렌드SAM은인터페이스의 비방사성 복합 손실을 효과적으로 줄이고 에너지 등급 배열을 최적화하며 조절했다WBG는칼슘 티타늄의 결정。XRD는화SEM은등 표징 결과, 사용SA는기저에 퇴적된 칼슘 티타늄 박막은더 높은 결정도, 더 적은 결함, 더 평평한 표면。

• 최적화된WBG는보조 배터리 및1.26 eV좁은 에너지 갭(NBG) PSC결합, 준비전체 칼슘 티타늄 레이어 태양 전지(TSC), 그PCE는도달28.94% (인증 대상28.78%)，Voc는위2.146 V의。

• 기반SA는의 중첩 마이크로 어셈블리 (공경 영역11.3cm의2）평균을 보여줬어요.21.82%의PCE는, 최적 부품PCE는도달23.92%，Voc는위10.10 V의。

• 안정성 테스트에 따르면SA는의 레이어 구성 요소 지속적인 조명 아래500시간 후에도 초기 상태 유지PCE는의85%또한 열 안정성과 습열 안정성 면에서도 강화된 성능을 보였다.

문헌 참조: nature communications_DOI: 10.1038/s41467-025-58111-y

이 글은 Enlitech 광염 과학 기술을 과학 연구 학술 공유에 사용하도록 개작한 것입니다. 만약 어떠한 권리침해가 있으면 편지로 알려주십시오