26.2% Sertipikadong Kahusayan na Tagumpay

Mabilis na sagot: Ang isang all-perovskite tandem solar module ay umabot sa 26.2% certified efficiency, isang resulta na mahalaga dahil ang all-perovskite ay umiiwas sa silicon bottom cell nang buo. Ang module ay nagpakita ng open-circuit voltage na humigit-kumulang 2.182 V, na malapit sa doble ng isang single-junction silicon cell at ito ang tanda ng dalawang junction na magkakasunod. Kasama sa certification testing ang damp-heat exposure sa 85 °C at IEC 61215 mechanical requirements, na may 5 mm hanggang 30 mm class test geometry. Ang perovskite tandem ay historikal na nabigo sa stability kaysa sa efficiency, at iyon ang dahilan kung bakit ang isang certified na resulta ay naiiba sa isang laboratory record. Ang natitirang agwat sa produksyon ay ang area: karamihan ng mga record ay nasa maliliit na module, at ang pag-scale ng perovskite coating sa isang full-size na module nang walang pinholes at pagkawala ng uniformity ay isang hiwalay na engineering problem.

PV Module Manufacturing · ni Jerry, Ooitech

Introduction

Ang all-perovskite tandem solar modules ay malawak na itinuturing na isang malakas na kandidato para sa susunod na henerasyon ng photovoltaic technology dahil sa kanilang mataas na efficiency at potensyal na mababang gastos. Gayunpaman, ang large-area commercialization ay seryosong napigilan. Bagama't ang small-area devices ay lumampas na sa 30% efficiency, ang large-area modules (≥20 cm²) ay matagal nang stuck sa paligid ng 24.5%. Ang pangunahing dahilan ay ang malakas na near-infrared parasitic absorption at interfacial thermal instability ng Au/PEDOT:PSS structure sa conventional gold-based tunnel recombination junctions (TRJs), kasama ang degraded charge transport sa large-area Pb-Sn perovskite films na dulot ng non-uniform crystallization habang blade coating.

Ang pag-aaral na ito ay bumuo ng isang solution-processed TRJ na nakabatay sa surface-engineered In₂O₃ nanocrystals. Sa pamamagitan ng pag-tune ng nanocrystal morphology at surface chemistry, nakamit ng team ang mataas na optical transparency, makinis na interfaces, at ideal na energy-level alignment. Kasabay nito, ang phosphonic-acid-type additives ay ipinakilala sa Pb-Sn perovskite precursor upang mapabuti ang electronic contact sa In₂O₃ recombination layer, mapahusay ang hole extraction, at ma-tune ang crystallization kinetics upang maibsan ang residual strain sa large-area films. Ang pinagsamang estratehiyang ito ay sabay na nagpapalakas ng carrier recombination efficiency sa junction, charge extraction, at large-area film uniformity, na sa huli ay naghahatid ng JET-certified 26.2% efficiency sa isang 65 cm² aperture area (VOC = 2.182 V, FF = 77.4%, JSC = 15.6 mA cm⁻²) — isang mahalagang milestone sa daan patungo sa pag-scale up ng all-perovskite tandem photovoltaics.

Design and Advantages of the New TRJ

Ang gawain ay nagmumungkahi ng isang solution-processed alternative: isang bagong TRJ (Type III) na binuo mula sa surface-engineered indium oxide nanocrystals (In₂O₃ NCs). Ito ay sistematikong inihahambing laban sa conventional Au/PEDOT:PSS Type I structure at isang Type II structure na nakabatay sa commercial ITO nanocrystals.

Structure at interface characteristics

Ang self-synthesized In₂O₃ NCs ay may mas maliit na particle size kaysa sa commercial ITO NCs, na bumubuo ng mas makinis na buried interface at epektibong nagpapababa ng contact defect density. Ang electrical tests ay nagpapakita na ang Type III structure ay nagpapakita ng ideal ohmic contact behavior na walang charge transport barrier.

Optical at thermal stability

Ang optical characterization ay nagpapakita na ang PEDOT:PSS sa Type I ay nagdudulot ng malubhang parasitic absorption loss, samantalang ang In₂O₃ NC film ay lubos na optically transparent. Sa ilalim ng 85°C accelerated thermal aging, ang Type I module efficiency ay bumagsak sa mas mababa sa kalahati ng initial value nito sa loob ng 50 oras, samantalang ang NC-based Type II at Type III ay nagpanatili ng humigit-kumulang 75% ng initial efficiency pagkatapos ng 200 oras. Sa isang 10×10 cm² substrate, ang blade-coated NC films ay nagpakita ng mas uniform na optical absorption kaysa sa manipis na thermally evaporated Au films, na ganap na nagpapakita ng likas na kalamangan ng solution-processed nanocrystals sa scalable manufacturing.

Optimizing Large-Area Perovskite Film Fabrication

Sa paglutas ng optical loss at instability ng TRJ, ang uniform fabrication ng large-area Pb-Sn perovskite films ay naging susunod na technical barrier. Ang conventional DMF/DMSO solvent systems ay may mataas na boiling points at mabagal na volatility, kaya ang kanilang nucleation kinetics ay nahuhuli habang high-speed blade coating, na nagpapahirap na makabuo ng uniform films sa malalaking substrate.

Upang malutas ito, ang team ay bumuo ng binary solvent system na nakabatay sa 2-methoxyethanol (2-Me) at tetrahydrofuran (THF). Sa mababang boiling point at mataas na vapor pressure nito, ang system na ito ay mabilis na umabot sa critical supersaturation at kapansin-pansing nagpapabilis ng nucleation. Gamit ito, ang Pb-Sn perovskite blade-coating speed ay itinaas mula 5 mm/s sa tradisyonal na DMF system hanggang sa 30 mm/s, na naghahatid ng lubos na uniform na photoluminescence (PL) intensity at mahusay na device consistency sa 10×10 cm² at mas malalaking substrate. Matagumpay nitong nalutas ang crystallization-kinetics challenge ng large-area coating at nakamit ang paunang 17.5% efficiency validation sa isang 65 cm² aperture area.

Surface Ligand Engineering at Energy-Level Matching

Pagkatapos alisin ang PEDOT:PSS, bumaba ang optical losses, ngunit ang open-circuit voltage (VOC) at fill factor (FF) ay bumaba, na iniuugnay sa tumaas na interfacial transport barriers at non-radiative recombination sa pagitan ng perovskite at NC layer. Upang tugunan ito, ang pag-aaral ay nagpatupad ng dual synergistic optimization strategy:

Surface ligand engineering upang i-tune ang energy levels

Sa pamamagitan ng ligand exchange, ang MMES at MMPA ay ginamit upang baguhin ang surface ng In₂O₃ NCs. Ang UV photoelectron spectroscopy (UPS) ay nagpakita na ang MMPA-modified In₂O₃ NCs ay nakakamit ng kanais-nais na interfacial band bending sa target perovskite film (upward bending na humigit-kumulang 50 meV), na makabuluhang nagtataguyod ng hole extraction, samantalang ang OAm o MMES modification ay nagdulot ng downward bending at transport barrier. Ang space-charge-limited current (SCLC) tests ay nagtanggal ng anumang ligand interference sa mobility mismo, na nagkukumpirma na ang performance gain ay pangunahing nagmumula sa optimized energy-level alignment.

Bulk doping gamit ang phosphonic-acid hole-selective material (HSM)

Ang koponan ay nag-dope ng phosphonic-acid HSMs tulad ng MeO-2PACz nang direkta sa Pb-Sn perovskite precursor (na-optimize sa 0.2 mol%) sa halip na limitahan ang mga ito sa interface modification. Ang bulk doping strategy na ito ay umiiwas sa problema ng hindi pantay na SAM coverage sa malalaking lugar. Ipinakita ng UPS na pagkatapos ng HSM doping ang perovskite work function ay nagbago mula 5.04 eV patungong 4.81 eV, ang valence band maximum ay tumaas, at ang n-type character ay humina, mas tumutugma sa energy levels ng In₂O₃ NCs. Ang resultang HTL-free single-junction Pb-Sn cell ay umabot sa 23% efficiency, habang ang blade-coated device na gumagamit ng In₂O₃-MMPA NCs bilang hole transport layer (HTL) ay nakamit ang 24.0% reverse-scan efficiency na may JSC na kasing taas ng 33.8 mA cm⁻².

Maraming Papel ng HSM sa Perovskite Film

Ang papel ng HSM ay lumalampas nang malayo sa charge transport — malalim nitong naiimpluwensyahan ang film crystallization at defect passivation:

Kontrol sa crystallization at pagsugpo sa defect

Ipinakita ng scanning electron microscopy (SEM) na pagkatapos ng HSM doping ang dendritic impurities na orihinal na tumatawid sa grain boundaries sa Pb-Sn film ay nawala, ang grain size ay tumaas nang kapansin-pansin, at ang grain boundaries ay nagkaroon ng "fused" na anyo. Kinumpirma ng GIWAXS at XRD na epektibong pinigilan ng HSM ang pagbuo ng PbI₂ impurity-phase. Ipinakita pa ng liquid-state ¹H NMR na ang HSM, sa pamamagitan ng preferential deprotonation, ay kumokonsumo ng free acidic phosphonic groups, sa gayon ay pinipigilan ang kanilang acidic deprotonation ng FA⁺ cations at pinapatatag ang precursor chemistry.

Pinahusay na carrier dynamics

Ipinakita ng transient absorption spectroscopy (TAS) na ang defect-assisted non-radiative recombination ay kapansin-pansing napigilan pagkatapos ng HSM doping. Ang steady-state PL intensity ay biglang tumaas, ang average PL lifetime ay lumawak mula 1042 ns patungong 1889 ns, na may partikular na malakas na passivation sa bottom interface, epektibong binabawasan ang charge trapping sa buried interface. Ipinakita ng OPTP spectroscopy na ang carrier mobility ng target film ay tumaas mula 20 cm² V⁻¹ s⁻¹ patungong 36 cm² V⁻¹ s⁻¹ at ang diffusion length ay lumaki mula 2.65 μm patungong 4.78 μm, na nagpapatunay ng all-round na pagpapabuti sa bulk film quality.

Performance at Stability ng Large-Area Module

Batay sa mga synergistic strategies na ito, ang koponan ay gumawa ng all-perovskite tandem module na may 65 cm² aperture area (14 sub-cells na naka-series). Ang champion module na gumagamit ng Type III (In₂O₃-MMPA) TRJ ay umabot sa 26.6% lab-tested efficiency (reverse scan), na may VOC na 30.4 V, JSC na 1.12 mA cm⁻², at FF na 78.2%. Ang JET-certified stabilized efficiency nito ay umabot sa 26.2%, malinaw na nalampasan ang control module na gumagamit ng conventional Type I TRJ (24.8%). Pagkatapos ng dead-zone optimization, ang geometric fill factor ay umabot sa 96.5%, na nagbibigay ng equivalent active-area efficiency na kasing taas ng 27.6%. Ipinakita ng EQE spatial mapping na, sa 16 na magkakaibang posisyon, ang integrated current densities ng top at bottom sub-cells ay may average na 16.3 at 16.2 mA cm⁻² ayon sa pagkakabanggit — malapit na tumutugma sa J-V results at parehong lumalabag sa dating naiulat na sub-15 mA cm⁻² module bottleneck.

Sa usapin ng reliability, kasunod ng IEC 61215:2021 standard, ang encapsulated Type III module ay umabot sa T90 lifetime (napanatili ang 90% ng initial efficiency) na 771 oras sa ilalim ng tuloy-tuloy na 1-sun MPP tracking, at hawak pa rin ang 82.5% efficiency pagkatapos ng 1000 oras. Sa demanding na 85°C/85% RH damp-heat test (ISOS-D-3), ang Type III module ay umabot sa average na T84 lifetime na 1000 oras, habang ang Type I module ay bumagsak na sa ibaba ng 40% efficiency; sa -40°C hanggang 85°C thermal cycling test (ISOS-T-3), ang Type III module ay napanatili ang 93% ng initial efficiency pagkatapos ng 200 cycles. Lahat ng accelerated aging experiments ay nagkumpirma na ang natatanging stability ng Type III ay nagmumula sa ganap na pag-aalis ng instability factors na na-trigger ng PEDOT:PSS.

Sa pamamagitan ng surface-engineered In₂O₃ nanocrystal recombination junctions at synergistic bulk/interface HSM engineering, matagumpay na nakamit ng gawaing ito ang 26.2% certified efficiency all-perovskite tandem solar module sa 65 cm² aperture area, na naghahatid ng komprehensibong breakthroughs sa module size, efficiency, at operational stability. Malakas na ipinapakita ng gawain ang commercialization potential ng all-perovskite tandem photovoltaic technology. Sa hinaharap, ang pagtulak sa module area na lumampas sa 800 cm² ay mangangailangan ng synergistic optimization ng deposition processes tulad ng slot-die coating kasama ng mga pamamaraan tulad ng vacuum-assisted crystallization, upang matiyak ang mataas na kalidad, uniform na paggawa ng large-area wide- at narrow-bandgap sub-cells.

Reference at Testing Equipment

Ang composite perovskite MPPT tester na gumagamit ng A+AA+ grade LED solar simulator bilang aging source ay nagbibigay ng malakas na suporta para sa perovskite solar cell research sa pamamagitan ng advanced technology at multifunctional design. Ang mga naturang instrumento ay pangunahing ginagamit para sa stability testing ng tapos na perovskite single-junction at tandem cells. Dahil ang output characteristics ng perovskite cells ay madaling naaapektuhan ng environmental factors tulad ng liwanag at temperatura, ang maximum power point ay madalas na nagbabago. Ang MPPT controller ay nagta-track at nagla-lock ng maximum power point sa real time, na tinitiyak na ang system ay palaging gumagana sa optimal power output.

Reference: Nanocrystal-tailored recombination para sa all-perovskite tandem solar modules

Pananaw ng Ooitech

Naniniwala ang Ooitech: ang surface-engineered In₂O₃ nanocrystal recombination junctions na sinamahan ng HSM bulk/interface engineering ay nagtulak sa large-area all-perovskite tandem modules sa certified 26.2% efficiency, na nagdadala sa teknolohiyang ito ng desisibong hakbang palapit sa commercialization.