国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

研究背景

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）近年來取得了顯著的效率提升，單結(jié)電池效率突破26%，而鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池效率更是超過34%。然而，PSCs的商業(yè)化進(jìn)程仍面臨重要挑戰(zhàn)，其中之一是電荷傳輸層（CTLs）與鈣鈦礦吸收層之間的異質(zhì)界面穩(wěn)定性問題。盡管已有一些界面優(yōu)化策略，但鈣鈦礦與金屬氧化物（MeOx）電荷傳輸層之間的相互作用及其退化機(jī)制仍未得到充分理解。因此，研究界面粘結(jié)與降解之間的關(guān)系，探索如何在提高界面粘結(jié)強(qiáng)度的同時(shí)抑制化學(xué)降解，成為提升PSCs效率與穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

成果簡介

基于此，新加坡國立大學(xué)侯毅教授團(tuán)隊(duì)等人提出了一種優(yōu)化鈣鈦礦太陽能電池界面穩(wěn)定性的策略，實(shí)現(xiàn)了界面粘結(jié)強(qiáng)度與化學(xué)降解的平衡，顯著提高了太陽能電池的效率（最高達(dá)25.6%）和長期穩(wěn)定性。該研究以《Determining the bonding-degradation trade-off at heterointerfaces for increased efficiency and stability of perovskite solar cells》為題，發(fā)表在《Nature Energy》期刊上。

2024年1月12日，新加坡國立大學(xué)(NUS)侯毅教授發(fā)表Nature Energy：

又帥又牛！他，1月發(fā)Nature Energy，3月發(fā)Nature，屢破太陽能電池世界紀(jì)錄，再發(fā)Nature Energy！

2024年3月4日，新加坡國立大學(xué)(NUS)侯毅教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表Nature：

研究亮點(diǎn)

1、創(chuàng)新的界面優(yōu)化策略：通過引入Me-4PACz和DCZ-4P分子，有效增強(qiáng)了鈣鈦礦與金屬氧化物電荷傳輸層（CTLs）之間的界面粘結(jié)力，同時(shí)通過磷酸基團(tuán)的引入抑制了界面處的化學(xué)降解反應(yīng)，為鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提供了新的設(shè)計(jì)思路。

2、顯著提高效率與穩(wěn)定性：優(yōu)化后的鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了最高25.6%的光電轉(zhuǎn)換效率，并在長達(dá)1000小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)測試下保持了90%的初始性能。

3、界面退化機(jī)制深入分析：研究揭示了鈣鈦礦與金屬氧化物電荷傳輸層異質(zhì)界面的退化機(jī)制，提出界面粘結(jié)與化學(xué)降解之間的權(quán)衡關(guān)系，填補(bǔ)了鈣鈦礦太陽能電池界面交互作用與退化過程理解的空白，推動(dòng)了材料和器件穩(wěn)定性研究的進(jìn)一步發(fā)展。

圖文導(dǎo)讀

圖1 脫粘技術(shù)與界面粘結(jié)方法學(xué)

圖1a展示了通過高真空環(huán)境下的界面粘結(jié)過程，鈣鈦礦薄膜與金屬氧化物電荷傳輸層在高溫條件下牢固結(jié)合。該過程中，兩個(gè)鈣鈦礦半電池通過熱壓合并，形成了強(qiáng)粘結(jié)的界面，能夠模擬實(shí)際鈣鈦礦太陽能電池的制備過程。

在隨后的脫粘過程中，研究通過施加張力使界面分離，揭示了不同金屬氧化物電荷傳輸層（如ZnOx、TiOx、NiOx等）與鈣鈦礦吸收層之間的粘結(jié)強(qiáng)度。圖1b通過掃描電子顯微鏡（SEM）展示了在不同條件下粘結(jié)的鈣鈦礦薄膜的形貌差異，比較了真空條件與常規(guī)大氣條件下鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，表明真空條件下形成的鈣鈦礦薄膜具有更高的結(jié)晶度和更低的PbI₂含量。

圖1c則通過X射線衍射（XRD）圖譜比較了兩種條件下鈣鈦礦薄膜的PbI₂衍射峰強(qiáng)度，證明了在真空條件下鈣鈦礦薄膜的晶體結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。圖1d展示了使用雙懸臂梁（DCB）測試方法測定的不同界面粘結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，表明ZnOx與鈣鈦礦的界面粘結(jié)強(qiáng)度最高，而TiOx的界面粘結(jié)強(qiáng)度最低，這為進(jìn)一步優(yōu)化界面設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

圖 2 ?鈣鈦礦脫粘后的可視化表征

圖2展示了在不同金屬氧化物（MeO_x）電荷傳輸層上揭示的鈣鈦礦薄膜的形貌和光電特性。圖2a和2b通過掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）分別展示了不同金屬氧化物（如ZnO_x、MoO_x、NiO_x、TiO_x）上鈣鈦礦薄膜的表面形貌。SEM圖像揭示了在ZnO_x電荷傳輸層上的鈣鈦礦薄膜表面存在明顯的空洞和不規(guī)則的六角形雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)被元素分析確認(rèn)是PbI₂，這表明界面交互作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致了鈣鈦礦結(jié)晶過程中的PbI₂積聚。

相較之下，NiO_x和TiO_x上的鈣鈦礦薄膜表面較為均勻，空洞和雜質(zhì)較少，顯示出不同金屬氧化物對(duì)鈣鈦礦薄膜生長的影響。圖2c展示了通過共聚焦光致發(fā)光（PL）映射測量不同界面上鈣鈦礦薄膜的光電特性。結(jié)果顯示，從ZnO_x到TiO_x，鈣鈦礦薄膜的PL強(qiáng)度逐漸增加，且光致發(fā)光的均勻性也有所提升，特別是在TiO_x界面上，表現(xiàn)出最高的PL強(qiáng)度，表明該界面對(duì)鈣鈦礦薄膜的電子性質(zhì)影響較小。

圖2d和2e則通過開爾文探針力顯微鏡（KPFM）測量了不同界面鈣鈦礦薄膜的表面電勢(shì)分布，發(fā)現(xiàn)ZnO_x界面上的鈣鈦礦薄膜存在明顯的表面電勢(shì)不均勻性，而TiO_x界面的電勢(shì)分布則較為均勻，進(jìn)一步支持了不同電荷傳輸層對(duì)電子傳輸和界面穩(wěn)定性的不同影響。整體來看，圖2提供了關(guān)于金屬氧化物電荷傳輸層對(duì)鈣鈦礦薄膜形貌和光電性能影響的深入分析，為優(yōu)化界面設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖3 界面化學(xué)反應(yīng)特征

圖3a通過X射線光電子能譜（XPS）分析，比較了鈣鈦礦薄膜在不同金屬氧化物電荷傳輸層（如ZnO_x、MoO_x、NiO_x、TiO_x）上的表面化學(xué)狀態(tài)。結(jié)果顯示，在ZnO_x界面上的鈣鈦礦薄膜中，Pb 4f和I 3d的結(jié)合能出現(xiàn)了正向位移，表明鈣鈦礦中的A⁺和I^?離子發(fā)生了遷移，轉(zhuǎn)化為PbI₂，顯示出明顯的化學(xué)退化。相較之下，TiO_x界面上的鈣鈦礦薄膜退化較輕，PbI₂的形成較少，表明該界面的化學(xué)反應(yīng)較為溫和。

圖3b進(jìn)一步展示了界面粘結(jié)強(qiáng)度與界面質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)強(qiáng)度的相關(guān)性。通過測量不同界面鈣鈦礦薄膜的退化程度，研究發(fā)現(xiàn)較強(qiáng)的界面粘結(jié)通常伴隨著更強(qiáng)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)加劇界面退化并導(dǎo)致初期缺陷的形成。圖3c和3d則通過X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（XAFS）分析，探討了ZnO_x界面在鈣鈦礦晶體生長過程中的變化。

結(jié)果表明，ZnO_x在與鈣鈦礦接觸后發(fā)生了氧空位形成，并轉(zhuǎn)變?yōu)閆n(OH)₂，進(jìn)一步證實(shí)了金屬氧化物與鈣鈦礦界面之間的化學(xué)交互作用。圖3e和3f展示了不同界面在熱老化（85 °C）和光照老化（1-sun）條件下的退化過程。熱老化加劇了鈣鈦礦中PbI₂的生成，而光照老化則導(dǎo)致更多的金屬Pb積累。

圖4 異質(zhì)界面特性與鈣鈦礦太陽能電池性能

圖4a展示了Me-4PACz、DCZ-4P和D4P處理后的Pero-NiO_x界面粘結(jié)強(qiáng)度與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)強(qiáng)度的對(duì)比。D4P處理后的界面顯示出顯著增強(qiáng)的界面粘結(jié)力（約1.12 J/m2），相比于單獨(dú)使用Me-4PACz（0.41 J/m2）和DCZ-4P（0.98 J/m2），D4P在增強(qiáng)界面粘結(jié)的同時(shí)，抑制了過強(qiáng)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，解決了傳統(tǒng)界面改性方法中存在的“粘結(jié)強(qiáng)度與退化反應(yīng)之間的矛盾”。

圖4b為Me-4PACz-NiO_x與D4P–NiO_x界面結(jié)構(gòu)示意圖，說明D4P通過引入額外的磷酸基團(tuán)，有效改善了界面結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)減少了有害的界面化學(xué)反應(yīng)。圖4c為ToF-SIMS分析結(jié)果，顯示D4P在NiO_x表面形成的磷酸化物層有助于進(jìn)一步加強(qiáng)界面穩(wěn)定性，減少了FA脫質(zhì)子化等退化反應(yīng)。圖4d通過紅外反射吸收光譜（IRRAS）進(jìn)一步驗(yàn)證了D4P在界面上的磷酸基團(tuán)的存在，并顯示出D4P層顯著增強(qiáng)了界面的親水性，有助于減少界面缺陷。

圖4e和4f分別展示了Me-4PACz-NiO_x和D4P-NiO_x電池的J-V曲線及PCE統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，表明D4P-NiO_x結(jié)構(gòu)的太陽能電池在性能上有所提升，PCE達(dá)25.6%，明顯優(yōu)于Me-4PACz-NiO_x（24.25%）。圖4g展示了在嚴(yán)格的熱循環(huán)測試中，D4P-NiO_x結(jié)構(gòu)的電池在500個(gè)循環(huán)后保持了95%的初始效率，而Me-4PACz-NiO_x僅保持54%。這些結(jié)果表明，D4P界面改性顯著提升了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和效率，展現(xiàn)了優(yōu)異的長期性能。

結(jié)論展望

本研究通過優(yōu)化鈣鈦礦與金屬氧化物電荷傳輸層（MeOx）之間的界面，提出了一種有效的策略，在提升太陽能電池效率的同時(shí)顯著增強(qiáng)其長期穩(wěn)定性。通過引入Me-4PACz和DCZ-4P分子混合物（D4P），增強(qiáng)了界面粘結(jié)力，同時(shí)抑制了化學(xué)退化反應(yīng)，成功解決了界面粘結(jié)強(qiáng)度與退化反應(yīng)之間的權(quán)衡問題。這一策略不僅提升了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（最高25.6%），還提高了其在長時(shí)間老化和熱循環(huán)條件下的穩(wěn)定性。隨著界面工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用前景愈加廣闊，尤其是在高效、低成本的太陽能發(fā)電技術(shù)中，具有巨大的潛力。

文獻(xiàn)信息

Determining the bonding-degradation trade-off at heterointerfaces for increased efficiency and stability of perovskite solar cells. Nature Energy,

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/12/09/fc146fa0d2/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

又帥又牛！他，1月發(fā)Nature Energy，3月發(fā)Nature，屢破太陽能電池世界紀(jì)錄，再發(fā)Nature Energy！

相關(guān)推薦

又帥又牛！他，1月發(fā)Nature Energy，3月發(fā)Nature，屢破太陽能電池世界紀(jì)錄，再發(fā)Nature Energy！