Слънчевите клетки, базирани на органометален халид, халкогенид, привлякоха вниманието поради ниската си цена на материала, лекотата на производство на устройства с голяма площ и високата ефективност на фотоволтаично преобразуване. В среди на практическо приложение с огромна температурна разлика между деня и нощта, температурната промяна ще задейства фазовия преход и напрежението на решетката на халкогенидния материал, което води до бързо влошаване на производителността на устройството и повреда, което е ключовото предизвикателство и трудност при ограничаване на прилаганите халкогенидни слънчеви клетки. С оглед на това, тази революционна работа разкрива, че β-поли(1,1-дифлуороетилен) може ефективно да подобри кристалните свойства на халкогенидните тънки филми, ефективно да пасивира междинните дефекти на повърхността на тънкослойните кристали, да оптимизира подреждането на междуфазното енергийно ниво на халкогенид и насърчаване на транспорта на носителя, като по този начин подобрява фотоволтаичните характеристики на халкогенидни устройства с щифтова структура. По-важното е, че в околната среда с променлива температура, подреденото подреждане на β-поли(1,1-дифлуоретилен) в границите на зърната може ефективно да буферира деформацията на границите на зърната, предизвикана от екструдирането на зърното по време на процеса на промяна на температурата и да освободи напрежението на решетката, за да реализира възстановима кристална структура, като по този начин значително подобрява променливата температурна стабилност на устройството.
За да се дисектира процесът на кристализация на халкогенидни тънки филми, изследването беше проведено на базата на синхротрон GIWAXS, за да се характеризира целият процес на образуване на филм. От сравняването на резултатите от GIWAXS (фиг. 1A, B), може да се види, че дифракционният сигнал е значително отслабен през първите 60 s, което показва, че началната междинна фаза на DMSO-DMF-PbX2 е потисната. Този ефект се дължи на междинната фаза, изолирана от дълговерижната β-pV2F молекула. Изследването на характеристиките на разсейване, центрирани при q = ~10 nm-1 по (001) кристалната равнина, наблюдавани по време на процеса на образуване на филм, предполага, че колоидът се е втвърдил и трансформирал в черна фаза. Беше установено, че черната фаза на целевия филм се появява по-рано (Δtt > Δtc) от тази на контролния филм, което предполага, че β-pV2F насърчава превръщането на междинната фаза в халкогенидната черна фаза. Бързият фазов преход се свързва с по-ниска енергия на образуване, вероятно поради бързото агрегиране на диспергирани PbX2 и органични соли от β-pV2F по време на изпаряването на DMSO и DMF. Когато кристализацията приключи (етап t7), сигналът на целевия филм беше по-силен от този на контролния филм (фиг. 1в). Това показва, че образуваният целеви халкогениден филм е по-организиран. По този начин β-pV2F контролира кинетиката на кристализация на халкогенидите чрез намаляване на енергията на образуване на халкогениди, насърчава фазовия преход и води до по-подредена кристална структура.
Фигура 1. Кинетика на кристализация на халкогенидни тънки филми
За да се изясни източникът на отличната температурна устойчивост на устройствата, тази работа допълнително изследва ефекта на β-pV2F върху морфологията и кристалната структура на халкогенидните тънки филми по време на процеса на промяна на температурата, използвайки синхротронно лъчение GIWAXS. Както е показано на Фигура 2A и B, индуцираната от температурата деградация на филма в целевите халкогениди беше потисната, както и деформацията на границата на зърното, предизвикана от екструзия на зърното по време на процеса на промяна на температурата, и структурната стабилност на целевите халкогениди беше значително подобрена . Както е показано на Фиг. 2C, халкогенидният щам варира с температурни цикли, което показва промени в параметрите на решетката в халкогенида; за разлика от това, целевият халкогенид показва стабилно циклично изменение на напрежението в тесен диапазон (-0.06% до 0.38%), което показва, че целевият халкогенид има възстановима кристална структура и освобождаващо напрежение на решетката.
Фиг. 2. Структурна еволюция на халкоцита по време на температурни цикли
Квантов тестер за ефективност
Фотоволтаичната QE система MNPVQE-300 е често срещан инструмент във фотоволтаичните изследвания и процесите за качество на производствената линия за точно определяне на спектралния отговор на слънчевите клетки/EQE (IPCE) и IQE.
MNPVQE-300 е съвместим с широка гама от типове фотоволтаични устройства, материали и архитектури, включително c:Si, mc:Si, a:Si, µ:Si, CdTe, CIGS, CIS, Ge, чувствителни към багрила, органични /полимер, тандем, мулти-преход (2-, 3-, 4-преход и т.н.), квантови ямки, квантови точки, серни видове и халкогениди.
