Hiệu suất 33,25%, duy trì MPPT 96% sau 1000 giờ:
Mục lục
Câu trả lời nhanh: Pin mặt trời tandem perovskite-silicon đã đạt hiệu suất 33,25% trong khi vẫn duy trì 96% công suất tại điểm công suất cực đại sau 1000 giờ thử nghiệm. Sự kết hợp đó chính là điểm mấu chốt: các kỷ lục về hiệu suất tandem không còn là rào cản, mà độ ổn định mới là yếu tố then chốt. Pin này xếp chồng một lớp tiếp giáp perovskite phía trên lên một lớp tiếp giáp silicon phía dưới để mỗi lớp hấp thụ phần phổ mà nó chuyển đổi tốt nhất, điều này giúp đẩy hiệu suất vượt xa giới hạn khoảng 27% của pin silicon đơn lớp. Kết quả về độ ổn định liên quan đến việc phơi nhiễm trong điều kiện nóng ẩm ở 85 °C, và các phép đo sử dụng dải quang phổ khoảng 400 nm, 750 nm và 1150 nm. Đối với sản xuất mô-đun, pin tandem đòi hỏi cửa sổ ép laminate chặt chẽ hơn so với chỉ dùng silicon, vì lớp perovskite nhạy cảm hơn với độ ẩm và nhiệt độ so với lớp silicon bên dưới.
Sản xuất mô-đun PV · bởi Jerry, Ooitech
Giới thiệu sản phẩm
Pin tandem perovskite/silicon đã đạt hiệu suất 35%. Vấn đề là độ ổn định. Các thiết bị này vẫn còn xa mới đạt tuổi thọ 25 năm mà thương mại hóa cần, và nguyên nhân gốc nằm ở các giao diện. Điện tích tích tụ ở đó, và sự tích tụ đó kích hoạt các phản ứng oxy hóa-khử và sự di chuyển ion.
Lớp vận chuyển electron ALD-SnOx được sử dụng rộng rãi gặp phải sự đánh đổi về độ dày do điện trở suất cao của nó. Quá dày, và điện trở nối tiếp tăng lên. Quá mỏng, và nó không thể ngăn chặn thiệt hại do phún xạ hoặc khuếch tán ion. Để nghiên cứu điều này, một máy kiểm tra MPPT composite perovskite sử dụng đèn LED cấp AAA máy mô phỏng mặt trời làm nguồn sáng lão hóa có thể kiểm soát nhiệt độ tế bào theo nhiều cách và quản lý môi trường xung quanh, chạy các thử nghiệm độ ổn định lâu dài.
Công trình này xây dựng một lớp kép SnOx/AZO thông qua quy trình hoàn toàn bằng ALD. Một lớp SnOx siêu mỏng giữ căn chỉnh dải năng lượng, trong khi một lớp AZO dẫn điện cung cấp đường dẫn điện trở thấp và hoạt động như một rào cản dày đặc. Điều đó tách việc trích xuất điện tích và chặn vật lý thành hai nhiệm vụ riêng biệt. Các tế bào perovskite dải rộng đơn kết với cấu trúc này đạt hiệu suất 23,47%, và các thiết bị tandem đạt 33,25%. Sau 1000 giờ chiếu sáng liên tục, chúng vẫn giữ 96% hiệu suất ban đầu, điều này ủng hộ chiến lược giao diện.
Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật máy kiểm tra MPPT composite perovskite
| Thông số | Đặc điểm kỹ thuật |
|---|---|
| Cấp nguồn sáng | Mô phỏng mặt trời LED A+AA+ (3A+) |
| Tuổi thọ nguồn sáng | 10.000 h+ |
| Đầu ra quang phổ (có thể điều chỉnh) | 350-400nm / 400-750nm / 750-1150nm, điều khiển độc lập |
| Buồng môi trường | Tùy chọn nhiệt độ & độ ẩm không đổi, đáp ứng tiêu chuẩn ISOS |
| Tải điện tử | Nhiều mẫu, vận hành độc lập đa kênh |
| Ứng dụng | Kiểm tra độ ổn định của tế bào perovskite đơn kết và tandem |
Ưu Điểm Kỹ Thuật
Chế tạo lớp kép ALD và hiệu suất điện
Các thử nghiệm đơn kết cho thấy SnOx hoạt động tốt nhất ở 150 chu kỳ. Tăng độ dày làm tăng điện trở nối tiếp và giảm hệ số lấp đầy. Để giảm giới hạn điện trở suất, các tác giả đã thêm một lớp xen kẽ AZO được nuôi bằng ALD. Hai chồng lớp được so sánh: SnOx 250 chu kỳ so với SnOx 100 chu kỳ cộng AZO 400 chu kỳ.
Các phép đo J-V cho thấy sự kết hợp SnOx/AZO nâng cao hiệu suất thiết bị. Phân tích mức năng lượng phát hiện đáy dải dẫn giảm bậc từ SnOx xuống AZO rồi IZO, tạo thành căn chỉnh dải bậc thang thuận lợi hơn, làm giảm rào cản trích xuất giao diện. c-AFM cho thấy SnOx/AZO và AZO nguyên chất dẫn điện tốt hơn nhiều so với SnOx nguyên chất. KPFM cho thấy điện thế bề mặt đồng đều hơn và mật độ khuyết tật thấp hơn trên màng perovskite SnOx/AZO. Quang phổ hấp thụ tạm thời xác nhận trích xuất hạt tải nhanh hơn với SnOx/AZO.
Lớp ALD ngăn chặn sự suy thoái
Sau 400 giờ lão hóa ở 85°C dưới ánh sáng, các mẫu SnOx cho thấy hấp thụ chì iodide mạnh hơn trong UV-vis, đỉnh nhiễu xạ Pb⁰ kim loại trong XRD, và lỗ hổng giao diện cộng với mất mát khối trong SEM mặt cắt ngang. Trong các mẫu SnOx/AZO, những dấu hiệu suy thoái này yếu hơn nhiều. TOF-SIMS cho thấy Ag thâm nhập mạnh vào lớp perovskite và khuếch tán I⁻ nghiêm trọng trong các thiết bị SnOx, trong khi các thiết bị SnOx/AZO không cho thấy sự khuếch tán ion rõ ràng.
Sau 7 ngày ở 85% RH, màng được phủ SnOx phát triển pha δ vàng, nhưng SnOx/AZO vẫn đen. Các phép đo PLQY cho thấy mất mát tái hợp không bức xạ thấp hơn và duy trì PLQY cao hơn sau lão hóa đối với SnOx/AZO. KPFM cho thấy mật độ khuyết tật bề mặt tăng vọt đối với mẫu SnOx lão hóa, trong khi SnOx/AZO hầu như không thay đổi.
Ứng dụng sản phẩm
Hiệu suất và độ ổn định của tế bào đơn kết
Trong các thiết bị đơn kết với cấu trúc ITO / NiOx / Me-4PACz / perovskite / C60 / lớp ALD / Ag, mẫu SnOx/AZO tốt nhất đạt hiệu suất 23,47%, VOC 1,27 V, FF 83,92%, JSC 22,07 mA/cm², với độ trễ rõ ràng được giảm. Mật độ dòng tích hợp EQE là 21,62 mA/cm², cao hơn 20,92 mA/cm² của thiết bị SnOx. Công suất đầu ra ổn định là 23,12%. Năng lượng Urbach là 13,11 meV, thấp hơn 16,38 meV của thiết bị SnOx.
Về độ ổn định, sau 1100 giờ lão hóa trong tối ở 85°C, SnOx/AZO giữ trên 90% hiệu suất ban đầu, trong khi SnOx giảm xuống 85% sau 600 giờ. Dưới 85°C với ánh sáng, SnOx/AZO giữ trên 80% sau 300 giờ, trong khi SnOx giảm xuống dưới 60% sau 200 giờ. Trong thử nghiệm MPPT, SnOx/AZO giữ 96% sau 2000 giờ, trong khi SnOx giảm xuống 80% sau 700 giờ.
Hiệu suất và độ ổn định của tế bào tandem
Lớp kép ALD đã được tích hợp vào một thiết bị tandem perovskite/TOPCon silicon. HAADF-STEM cho thấy một lớp kép liên tục, dày đặc với SnOx khoảng 10 nm và AZO khoảng 60 nm, không có lỗ kim hoặc bong tróc. HR-TEM xác nhận SnOx là vô định hình, và EDS cho thấy sự phân bố Zn đồng đều trong AZO.
Thiết bị tandem tốt nhất đạt hiệu suất 33,25%, VOC 1,98 V, JSC 20,83 mA/cm², FF 80,71%, hầu như không có độ trễ. EQE cho thấy dòng quang của tế bào trên và dưới lần lượt là 20,43 và 20,40 mA/cm², khớp tốt. Công suất đầu ra ổn định là 32,38%.
Sau 1000 giờ lão hóa nhiệt ở 85°C, SnOx/AZO giữ trên 90% hiệu suất, trong khi SnOx giảm xuống dưới 90% trong vòng 400 giờ. Trong thử nghiệm ẩm-nhiệt (double 85), SnOx/AZO vẫn trên 92% sau 400 giờ, trong khi SnOx giảm xuống dưới 80% trong vòng 200 giờ. Sau 1000 giờ chiếu sáng liên tục, SnOx/AZO giữ trên 96%, trong khi SnOx giảm xuống dưới 80% trong vòng 300 giờ.
Tóm tắt cơ chế
Ưu điểm của lớp kép SnOx/AZO quy về hai điều. Lớp phủ AZO dẫn điện tăng tốc trích xuất electron và giảm tích tụ điện tích giao diện, điều này ngăn chặn sự suy thoái giao diện do phản ứng. Đồng thời, lớp kép dày đặc hoạt động như một rào cản ion và độ ẩm hiệu quả, ngăn chặn ăn mòn bạc do iodide và sự di chuyển Ag⁺ vào perovskite. Trích xuất electron nhanh hơn kết hợp với chặn ion vật lý mang lại cơ chế "tách chức năng", để hai hiệu ứng cùng nhau củng cố độ bền của thiết bị.
Nghiên cứu này sử dụng lớp kép SnOx/AZO hoàn toàn bằng ALD để ức chế sự suy giảm do phản ứng giao diện trong pin tandem perovskite/silicon. Lớp kép này kết hợp căn chỉnh dải năng lượng tốt của SnOx với độ dẫn điện cao và chức năng rào cản dày đặc của AZO, giảm tích tụ điện tích và ngăn chặn sự khuếch tán ion và sự xâm nhập của hơi ẩm. Các thiết bị đơn lớp đạt hiệu suất 23,47%, thiết bị tandem đạt 33,25%, và cả hai đều duy trì trên 96% hiệu suất ban đầu sau 1000 giờ MPPT. Điều này cho thấy kỹ thuật giao diện quan trọng như thế nào đối với việc xây dựng pin quang điện tandem perovskite/silicon hiệu suất cao, ổn định, và chỉ ra một con đường thực tế hướng tới các pin vừa hiệu quả vừa bền bỉ.
Máy kiểm tra MPPT cho pin perovskite composite, được xây dựng xung quanh mô phỏng mặt trời LED A+AA+ làm nguồn sáng lão hóa, mang lại hỗ trợ mạnh mẽ cho nghiên cứu pin mặt trời perovskite. Vì pin perovskite rất nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt độ, điểm công suất tối đa của chúng liên tục dịch chuyển. Bộ điều khiển MPPT theo dõi và khóa vào điểm đó theo thời gian thực, do đó hệ thống luôn xuất ra ở công suất tốt nhất. Điều đó tối đa hóa sản lượng năng lượng và cải thiện độ ổn định và tính kinh tế của toàn bộ hệ thống quang điện.
Tham khảo: Ức chế phản ứng giao diện trong pin mặt trời tandem perovskite/silicon thông qua lớp kép SnOx/AZO hoàn toàn bằng ALD
Quan điểm của Ooitech
Điều nổi bật ở đây là ý tưởng "tách chức năng", cho phép một lớp mỏng đảm nhận căn chỉnh dải năng lượng và một lớp khác đảm nhận việc chặn, thay vì buộc một màng SnOx duy nhất làm cả hai nhiệm vụ và thua thiệt ở một trong hai. Về phía sản xuất, độ đồng đều của chồng lớp ALD trên toàn bộ module kích thước đầy đủ chính là nơi kiểm soát dây chuyền và đo lường đóng vai trò quan trọng, và đó là loại chi tiết quy trình mà chúng tôi đặc biệt chú trọng khi xây dựng dây chuyền module. Nếu bạn muốn xem thêm về cách sản xuất module perovskite và tandem thực sự diễn ra trên sàn nhà máy, kênh YouTube Ooitech (www.youtube.com/ooitech) rất đáng theo dõi.
