연구 배경과 도전

칼슘티타늄/실리콘 레이어드 태양전지는 단결전지의 효율 한계를 돌파할 수 있기 때문에 차세대 태양광 기술의 중요한 후보가 되고 있다.특히 공업화무늬규소기판에서 이 기술은 우수한 광포획능력과 원가효익을 보여주고있으며 량호한 산업화전망을 갖고있다.그러나 그 상업화는 여전히 관건적인 기술병목에 직면해있다.

핵심 도전 1: 제조 과정 중의 박막 안정성 문제

• 혼합 2단계 증발-용액 퇴적법은 텍스쳐 실리콘 하층과의 공형 접합을 실현할 수 있지만 제조 공정은 고온(~ 150 ° C) 및 높은 습도(~ 40 % RH) 환경에서 공기 퇴화

• 이 조건 은 칼슘 티타늄 박막 표면 이 고온 습기 이중 작용 으로 인해 심각하게 분해 된다

핵심 과제 2:PbI는₂부산물 의 부정적 효과

• 박막 분해로 인한 과량PbI는₂이온 이동 채널 형성, 부품 열화 가속화

• 더 심각한 것은 인터페이스 캐리어 복합을 유발하여 부품의 효율 손실과 안정성 악화를 초래한다

이러한 공정 안정성 문제와 그로 인한 성능 저하는칼슘 티타늄을 심각하게 제약했다/실리콘 중첩 전지의 장기적인 안정성과 내구성은 대규모 공업화 생산의 핵심 기술 장애가 되었다。

연구팀 및 주요 성과

이 연구는남경대학 고체미구조국가중점실험실의 담해인교수와 공문치교수공동 리더, 정기 간행물에 발표《ACS 에너지 편지》. 연구팀은 칼슘 티타늄을 성공적으로 해결했습니다./실리콘 중첩 배터리 산업화 공정의 핵심 과제:혼합 2단계 퇴적법 중 고온 고습 공기 퇴화로 인한 박막 분해와PbI는₂부산물 문제.

그림 4d

팀의 핵심 혁신은도입DMPESI는소수성 내부 포장층.퇴화 과정에서 칼슘 티타늄 표면의 분해를 효과적으로 억제하는 동시에 비방사성 복합속도를 현저하게 낮추고 결정의 생장 품질을 최적화하여 부품의 회로 전압과 충전 인자를 개선한다.이것은DMPESI는텍스쳐 기판의 혼합 증발에 성공적으로 적용-용액 퇴적 공정은 이 분자의 응용 분야를 대폭 넓혔다.

팀이 제조한 공업화 텍스처 칼슘 티타늄/실리콘 중첩 전지 도달30.49%변환 효율성, 장기적인 안정성 테스트에서1800시간 최대 전력 포인트 추적 테스트 후에도 초기 효율을 유지하는84%，723시간 습열 테스트 후 초기 효율을 유지하는80%.이 데이터는 대조 그룹의 표현을 훨씬 초과하여 이 방법이 부품의 안정성과 내구성을 향상시키는 데 뚜렷한 효과가 있다는 것을 충분히 증명한다.이 기술은 고습도 환경 제조에 적용될 수 있으며 산업화의 대규모 저비용 생산을 위한 튼튼한 기초를 다졌다.

실험 절차와 과정

그림 1a

정교한 박막 퇴적과 첨가제 전략을 통해 효율적이고 안정적인 칼슘 티타늄 광산을 제조한다/실리콘 중첩 태양 전지.다음은 주요 실험 단계입니다.

· 베이스보드 준비 및 기본 배터리 구성: 산업화 텍스쳐를 사용한 실리콘 이질 매듭(SHJ)기본 배터리를 기판으로 합니다.중첩 배터리를 제조하기 위해, 우선4인치 실리콘 웨이퍼를 레이저로 절단하여2.5 × 2.5 cm2의 치수입니다.200°C의 퇴화는 사출 손상을 복구합니다.이어서 실리콘 기판 에 사출 하다20나노 두께의 산화 인듐 주석(ITO)복합 결층으로 하다.

· 칼슘 티타늄 광층의 2단계 퇴적법: 칼슘 티타늄 박막의 제조는혼합 2단계 증발-용액 퇴적법。

o 무기 골격 형성: 우선, 열을 통해 증발하는 방식으로 기판에서 공동으로 증발한다PbI2는화CsBr는, 형성약540나노미터 두께의 무기 골격층.

o 유기염 용액 회전 도료 및DMPESI는추가: 그런 다음 칼슘 티타늄 전구물이 함유됩니다.(예FA0.8Cs0.2Pb (I0.8Br0.2))의 유기염 용해액 및핵심 안정제——DMPESI는, 형성된 무기 박막에 돌려 바른다.이DMPESI는첨가제는 용액에서 중요한 역할을 하며,PbI2는반응은 소수성의 내부 포장층을 형성한다.

o 사전 퇴화 및 공기 퇴화:돌려서 바른 필름이 먼저 있어요.90°C의 질소 환경에서 예퇴화 처리를 한다.이어서 관건적인 공기 퇴화 절차를 진행하고,150°C평화 조약45%상대 습도 (또는 높은 습도 테스트에서 최대60%상대 습도) 의 환경에서 열을 내리다20분.이 단계는DMPESI는보호층 형성, 칼슘 티타늄 분해 억제의 관건.

· 상층부와 전극 퇴적: 칼슘 티타늄 광층 제조가 완료되면 순서에 따라 전자 전송층과 전극이 퇴적된다.

o 단결 칼슘 티타늄 태양 전지, 우선 열 증발20네미의C60은박막, 이어서 원자층을 통해 퇴적한다(ALD) 15네미의SnO2는。

o 레이어드 태양 전지의 경우C60은레이어 다음에는 사출50네미의ITO는。

o 마지막으로, 열증발은(Ag)상단 전극으로 사용 (단일 배터리는150나이미, 배터리는400네미).

· 반사 방지 레이어 프로비저닝(계층형 배터리): 중첩 배터리의 광 캡처 능력을 더욱 향상시키기 위해 마지막에는 그 표면에서 열이 증발한다100네미의MgF는₂반사 방지 레이어로 사용합니다.

표징 방법과 결과

준페르미급 분열(Quasi-Fermi 레벨 스플리팅, QFLS)

칼슘 티타늄 박막 중 비방사성 복합 손실 정도와 결함 둔화 효과를 평가하고,QFLS는직접 관련 부품 회로 전압 증가VOC는개선하다.채택405 nm레이저 자극원, 광섬유를 통해 적분구 측정 시스템 도입, 레이저 강도 조정1 일등효 조건에서 광발광 양자 생산율 측정을 진행하다.

DMPESI는레이어 구조의QFLS는값, 그 중 칼슘 티타늄 광체 재료가 주요VOC는손실의 원천은 처리 후에 얻는다뚜렷한 개선。DMPESI는공기의 퇴화 과정 중의 표면 분해를 효과적으로 억제하고,감소 인터페이스 비복사 복합, 칼슘 티타늄을/ C60인터페이스의VOC는손실이 상응하게 감소하다.순수한 칼슘 티타늄 박막을 통해HTL/칼슘 티타늄 및HTL/칼슘티타늄/ ETL세 가지 스택 구조의 체계적인 비교, 확인DMPESI는처리는 각 인터페이스에서 우수한 결함 둔화 능력을 보여준다.

그림 3d다양한 스택 구조에서 추출된QFLS는값 비교.DMPESI는처리조는 순수한 칼슘 티타늄,HTL/칼슘 티타늄 및HTL/칼슘티타늄/ ETL각 계층 인터페이스의QFLS는값은 모두 제어 그룹보다 현저하게 높으며, 비방사성 복합 손실을 억제하는 데 직관적인 효과를 나타내며, 부품을 강력하게 해석한다VOC는승진의 근본 원인.

광염 과학 기술 최신 발표QFLS-Maper는, 분석 재료 잠재력 상한!

Enlitech QFLS-MA는당다음을 수행하십시오.경쟁력이 있었어1/5비용 이점, 획득 가능QFLS 매핑와QFLS는이미징, 준페미에너지급의 공간분포상황을 똑똑히 보여주어 재료품질의 좋고 나쁨을 일목요연하게 해야 한다!

우리의 움직임을 추적하여 가장 먼저 획득신기술 정보!

전기 발광 양자 생산율(EQEEL)

부품의 비복사복합을 한층 더 분석하고 단결태양전지중의 준페미에너지급분열을 계량화한다.사용키슬리 2450전압원 측정 단위는 일정한 전류 밀도를 제공하며, 적분구와 교정 분광기를 통해 부품의 각 방향에서 나오는 광자를 측정한다.

DMPESI는처리로 전기적 회전광 성능 대폭 개선: 에 해당하는1 일아날로그 전류 밀도 조건에서DMPESI는처리 그룹 소자EQEEL은달0.430%, 제어 그룹보다 월등한0.145%. 대응VOC는손실은 각각142 mV의화170 mV，DMPESI는처리 그룹VOC는손실 감소28 mV의. 이 결과는DMPESI는처리는 표면분해를 억제하고 결정과정을 최적화하여 더욱 우수한 칼시움티타늄광질량과 더욱 낮은 비복사복합을 실현하여 부품의 개로전압을 효과적으로 개선한다.

그림 3e디스플레이 제어 그룹 및DMPESI는처리조 칼슘 티타늄 부품의EL은스펙트럼 비교.DMPESI는처리 그룹EL은컨트롤 그룹보다 높은 강도 입증DMPESI는비방사성 복합을 효과적으로 억제하여 더 많은 캐리어가 방사성 복합 형식으로 빛을 발하도록 하여 우수한 캐리어 품질을 보여준다.

전류 밀도-전압(J-V)커브 측정

태양전지 태양광 성능 파라미터 평가, 단결전지는 질소 충전 장갑 상자에서 사용키슬리 2400측정, 배터리 중첩 사용키슬리 2450전압 소스 측정 유닛,EnliTech SS-X 3A는태양광 시뮬레이터공기 중에 비추어 측정하다.

DMPESI는장치 성능을 크게 향상시키는 프로세스: 단결 칼슘 티타늄 전지 최고 효율21.2%（VOC = 1.227 V，JSC = 21.0 mA cm^-2，FF = 82.4%), 대조 그룹만20%및 양방향 스캔이 거의 없음J-V는지체 현상.

공업화 텍스처 칼슘 티타늄/실리콘 중첩 전지는 획기적인30.49%랩 효율성, 획득29.8%인증 효율성, 대조 그룹의29.05%, 절대 효율 향상 초과1%，VOC는향상40 mV의，FF는향상근2%. 통계 분석 결과DMPESI는손질 중첩 배터리의 평균 효율은 대조 그룹보다 향상되었다1.2%。

그림 3a단결 칼슘 티타늄 전지 최적 전시J-V는커브 비교.DMPESI는처리 그룹 부품의 곡선 모양이 더 좋고, 찬반 스캐닝 지연 현상이 현저하게 감소하여 성능 안정성과 효율 향상을 실증한다.

그림 4d최적의 계층형 배터리 제공J-V는곡선 및 효율 분포 통계.DMPESI는프로세싱 그룹 곡선이 제어 그룹보다 월등히 우수하며, 특히 회로 전압과 충전 계수 면에서 인라인 그래프 통계가 초과됨30프로세싱 그룹의 평균 효율이 크게 향상되고 데이터가 중앙 집중식으로 분산되어 있음을 보여주는 개별 디바이스의 효율 분포입니다.

외부 양자 효율(EQE)

서로 다른 파장 아래에서 전지의 광자를 측정하다-전자 변환 효율 및 집적 광전류 밀도 계산.단결 전지는 공기 중에 자물쇠 증폭기를 갖춘QE는시스템 측정, 중첩 전지는 파장을 사용한다850 nm(기본 배터리) 및460nm최상위 배터리 밝기LED는편향광은 편향조명 측정을 한다.

DMPESI는처리 개선 스펙트럼 응답 특성: 단결 칼슘 티타늄 전지 중,DMPESI는프로세싱 그룹 집적 광전류 밀도 최대21.30 mA cm의^-2, 제어 그룹보다 우수한21.19 mA cm의^-2. 접이식 배터리의 칼슘 티타늄 상단자 배터리와SHJ는하단 하위 배터리 통합 전류 밀도는 다음과 같습니다.20.67화20.25 mA cm의^-2, 상단 하위 배터리의 약간 높은 전류 밀도 설계는 전략적으로 전류 미스매치를 도입하여 중첩 부품의 성능과 조작 안정성을 향상시키기 위한 것이다.

텍스쳐 기판에서DMPESI는처리 부품은550 nm다음 주파수 대역은 표면 분해로 인한 더 높은 전체 응답을 나타냅니다.PbI는₂기생 흡수 감소。

그림 3c단결 칼슘 티타늄 광전지EQE는커브 비교.DMPESI는프로세싱 그룹은 스펙트럼 응답에서 향상되었으며, 특히 짧은 파장 영역에서 더 높은 성능을 보였습니다.JSC는값이 일치합니다.

그림 4fDMPESI는계층 구성 요소 작업EQE는칼슘 티타늄 상단과 실리콘 하단의 하위 배터리 응답을 포함하는 곡선.배터리 두 개EQE는곡선의 중첩이 양호하고 각자의 흡수 구간에서 뛰어난 성과를 보여 우수한 스펙트럼 분배와 전류의 일치 효과를 실증하였다.

최대 전력점 추적(MPPT)/운영 안정성(ISOS-L-1)

아날로그 일영 아래에서 부품의 장기적인 작동 안정성을 평가합니다.환경 공기 (30-50%상대 습도) 에서 다색 사용LED는에뮬레이터 제공AM1.5G는표준 조명 (100 mW cm의^-2), 장치 작동 온도 약35°C(자열), 주변 온도25°C, 액티브 냉각 조건 없이 패키징 부품 테스트.

DMPESI는장기적인 운영 안정성을 위한 처리: 경DMPESI는코스메틱 레이어 부품이 가까이 있음1800시간MPPT는테스트 후에도 초기 효율성 유지84%. 대조 그룹 부품은890시간 후 초기 효율로 빠르게 감소75%, 성능 차이가 확연히 드러납니다.

그림 4g포장 중첩 부품은AM1.5G는전체 스펙트럼은 햇빛 아래의MPP는결과를 추적하다.DMPESI는처리 그룹 효율은 시간에 따라 감쇠 속도가 제어 그룹보다 현저히 느려 조작 안정성을 강력하게 증명한다.

습열 테스트(습기 열) /장기적 안정성(ISOS-D-3)

부품의 고온 고습 환경에서의 장기적인 안정성을 평가하다.패키지된 계층 구성 요소를 환경 테스트 상자에 넣어 고정 유지85°C온도 및85%상대 습도 초과800시간, 정기적인 성능 측정 (약30분 냉각 후).

DMPESI는처리로 뛰어난 내습열 성능 구현: 경DMPESI는코스메틱 레이어 부품은723시간 습열 테스트 후에도 초기 효율을 유지하는80%내구성이 뛰어납니다.대조 그룹 부품은334시간이 지나면 초기 성능의67%, 표시DMPESI는열악한 환경에서의 보호 효과.

그림 4h패키지 부품이85°C/85% RH암흑 조건에서의 장기 안정성 테스트 결과.DMPESI는처리팀은 고습열 환경에서 더 느린 효율 감쇠 추세를 보여 우수한 내구성을 재확인했다.

기타 표징

X방사선 연사(XRD)

칼슘 티타늄 광박막상 구성과 결정의 질량을 표징한다.DMPESI는농도 초과3개의 mg/mL현재7°처형성1D DMPESPbI는₃상, 처리조 박막 연장 퇴화 및 고습도 노출 아래PbI는₂생성량은 미미하지만 대조 그룹은 크게 증가합니다.(그림 1b)

전자현미경을 스캔하다(SEM)

박막 형태와 결정 입자의 크기 변화를 관찰하다.DMPESI는처리박막은 퇴화과정에서 경미하게 분해되고 수정립자와 함께 현저하게 성장하며 무늬기판에서 더욱 균일한 형태와 더욱 큰 수정립자를 나타내고 대조조는 엄중한 표면분해를 거친다.(그림 2a)

X방사선 광전자 스펙트럼(XPS)

확인DMPESI는분자 도입과Pb-I는결합 환경 화학 재구성.S 2P는스펙트럼166.0 eV신호 확인DMPESI는도입,Pb 4f는화3D핵심 에너지 수준 결합 에너지의 하향 이동은1D구조 중Pb-I는키 길이가 증가합니다.(그림 1d.e)

비행 시간 이차 이온 스펙트럼(TOF-SIMS)

탐구DMPESI는박막 내 공간에 분포하다.첨가제는 주로 박막 표면과 하부 인터페이스 구역에 풍부하며, 체내 축적은 무시할 수 있으며, 방향기 첨가제 공멍환 구조의 공간 위치 저항 효과에 기인한다.(그림 1f)

시간 분별 광 발광（TRPL）

캐리어의 수명을 측정하여 비방사성 복합속도를 평가하다.DMPESI는박막 처리 캐리어 수명이 최대1045.0 나스(대조 그룹515.8 나스), 비방사성 복합속도를 효과적으로 낮추는 것을 증명한다.(F)그림 2f)

자외선-가시성(UV 비스)흡수 스펙트럼

박막 흡수 특성과 광학 대극을 측정하다.Tauc은그림 표시DMPESI는도입은 박막 대역 갭의 큰 변화를 일으키지 않습니다 (예를 들어≈1.67 eV）。(그림 2d)

접촉각 측정

검증DMPESI는처리 후 박막 소수성 강화.처리 박막은 예퇴화와 공기 퇴화 단계에서 모두 강화된 소수성 표현을 보인다.(그림 S9)

안정 출력(SPO)

측정 부품은 장시간 연속적으로 안정된 출력을 운행한다.DMPESI는중첩 부품 구현 처리30.3%출력 안정화.(그림 4e)

사진/디지털 이미지

부품의 물리적 외관과 습도 노출 강하 상황을 직관적으로 보여준다.80%의 RH테스트 중DMPESI는프로세싱 그룹은 원본 색상 무결성을 장기간 유지합니다.48시간 내에 뚜렷한 노란색 분해점이 나타나고 대면적의 분해가 나타난다.(그림 2g)

결론

연구팀이 도입을 통해DMPESI는소수성 첨가제, 칼슘 티타늄을 성공적으로 해결/실리콘 접층 전지 공업화 제조 공정의 핵심 기술 병목 현상은 획기적인 성과를 거두었다.

DMPESI는분자와PbI는₂반응 형성1D DMPESPbI는₃칼슘 티타늄 광산은 인터페이스에 보호성 포장층을 형성하여 공기 퇴화 과정 중의 박막 분해를 효과적으로 억제한다.이 메커니즘은 더 큰 결정 입자 형성을 촉진하고 결함 밀도를 낮추며 캐리어 수명을 크게 개선합니다 (1045.0 ns 대 515.8 ns), 그리고 고온 고습 환경에서 박막의 안정성을 향상시킵니다.

부품 성능이 획기적으로 향상되었습니다.: 단결 칼슘 티타늄 전지 효율 최대21.2%, 거의 없음J-V는지체 현상.공업화 텍스처 칼슘 티타늄/실리콘 중첩 전지가 만들어지다30.49%랩 효율성 기록, 획득29.8%인증 효율성, 대조 그룹에 비해 절대 효율 향상1%，VOC는향상40 mV의，FF는향상근2%。

장기적인 안정성 표현: 계층 구성 요소는1800시간MPPT는테스트 후 초기 효율성 유지84%，723시간 습열 테스트 후 유지80%효율, 대조 그룹 표현보다 훨씬 뛰어나다.텍스쳐 기판에서DMPESI는단파장 영역에서 프로세싱 장치의 스펙트럼 응답 향상, 확인PbI는₂기생 흡수가 효과적으로 감소한다.

이 연구는 공업화를 위해 저비용으로 칼슘 티타늄 광산을 대규모로 제조한다/실리콘 중첩 태양 전지는 가능한 기술 경로를 제공합니다.기록적인 고효율과 장기적인 운행 안정성을 결합하여 첩층 전지의 상업화 과정에 튼튼한 기초를 다지다。

문헌 출처: ACS Energy Letters_DOI: 10.1021/acsenergylett.5c01010

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