Vorwort

In der Solarphotovoltaik- und fortschrittlichen Materialforschung ist die Quasi-Fermi-Energiespaltung (QFLS(und ihre räumliche Verteilung)QFLS-KarteEs ist ein wichtiges Werkzeug zum Verständnis von Materialien, zur Diagnose von Engpässen bei Geräten, zur Führung der Entwicklung neuer Materialien und zur Prozessoptimierung.

QFLSEs handelt sich um die chemische Potentialfälle der photobiologischen Träger (Elektronen und Löcher) im Ungleichgewicht. Theoretisch entspricht es direkt der offenen Schaltungsspannung des idealen Geräts (Voc). Aber in den tatsächlichen Geräten gibt es einen elektrochemischen Potentialverlust zwischen der Transportschicht und der Elektrodenschnittstelle, was zu dieser idealen Beziehung führt.'Nicht übereinstimmend'Die Analyse dieser Ungleichheit ist ein Durchbruch in der Verbesserung der Photovoltaik-Technologie.

QFLSWarum ist es in der Photovoltaik-Forschung so wichtig?

QFLSDie direkte Messung der Materialqualität der Photovoltaik-Absorptionsschicht repräsentiert die theoretische Obergrenze der offenen Schaltungsspannung des Geräts. Wir kalibrieren das Licht (PLSpektrale direkte MessungQFLSKomplexe Schnittstellenprobleme bei der Herstellung kompletter Geräte vermeiden. durchQFLSSie können die Kompositaktivität des Materials selbst direkt bewerten und den Forschern helfen, sein inneres Potenzial in den frühen Phasen der Materialentwicklung zu verstehen.

QFLSMessung und direkte Quantifizierung von Verlusten von Radiokomponenten und Nicht-Radiokomponenten in Solarzellen. Nicht-Strahlungsverbindungen verursachenQFLSHauptursachen für Abweichungen von Strahlungsgrenzen. Durch diesen Unterschied kann die Ursache des Spannungsverlusts genau identifiziert werden: ob es sich um die Körperzusammensetzung des Materials selbst oder um Schnittstellenprobleme handelt.

AuslesenQFLSundVocder“Unübereinstimmendes Rätsel”

Theoretisch,QFLSSollte der externen offenen Schaltungsspannung des Geräts entsprechenVoc（Voc = ΔEF/q). Bei den tatsächlichen Geräten gibt es jedoch oft Unterschiede zwischen den beiden. Dieser Unterschied zeigt den elektrochemischen Potentialverlust an der Schnittstelle.

DeutschlandFraunhofer ISEderUli WürfelDas Team der Professoren ist2021JahrEnergietechnikEs wird darauf hingewiesen, dass die flachen Perovskit-SolarzellenVocErhöht.250mVAber...PLDas Signal ändert sich weniger als doppelt.[1]Sie glauben, dass dies mit wenigen Trägern quasi-Fermi-Energiestufen (QFLErklären Sie den Gradienten, die der Richtung der Elektrode entsprechen. Die Sättigung der Trägergeschwindigkeit in heterogenen Knoten kann dazu führenQFLNicht kontinuierlich. Unter dem Einfluss der Ionenbewegung ist die Unübereinstimmung offensichtlicher. Dies deutet darauf hin, dass auch wenn das Material selbst von guter Qualität ist, wenn die elektrochemische Potenzialübertragung der Schnittstelle schlecht ist, die äußereVocAuch das Innere kann nichtQFLSdas Potenzial.

Bilder von:Ionenbewegung erklärt riesigen Anstieg von VOC trotz fast unveränderter interner Quasi-Fermi-Ebene-Spaltung in Planaren Perovskit-Solarzellen – Abb.2

DeutschlandUniversität PotsdamderMartin StolterfohtDas Team der Professoren ist2021JahrFortgeschrittene EnergiematerialienEs wird im Detail erläutertQFLS-VocMechanismus, der nicht übereinstimmt[2]Sie definieren den Selektivfaktor für die meisten Träger (Selektivität, Se,majDieser Faktor ist mit dem Kontaktwiderstand der meisten und wenigen Träger verbunden. Durch Diagramm1Sie zeigen, wie selektive und nicht selektive Kontaktschichten wirkenQFLDer Grad der Biegung führt zuQFLS-VocNicht übereinstimmend. Das Vorhandensein einer niedrigen Migrationsrate in der Mittelschicht kann auch zu schwerenQFLS-VocNicht übereinstimmend, auch wennQFLSkontinuierlich erhöht,VocVielleicht sinken.Abbildung 5(b)und5 Buchstabe c)und5 Buchstabe d)Simulationsergebnisse zeigen, wie sich die niedrige Migrationsrate auf die Mittelschicht auswirktQFLSGradienten undVocDer abnehmende Trend.

Bilder von:Mismatch von Quasi-Fermi-Niveau-Spaltung und Voc in Perovskit-Solarzellen – Abb.1

Um Materialien mit hohem Effizienzpotenzial schnell zu screenen und die Transportschichtmaterialien zu optimieren,QFLS-KarterPrüfgeräte ermöglichen eine schnelle und genaueQFLSMessung und vorhersage der theoretischen Effizienzgrenze des MaterialsPseudo J-VKurven. Auf diese Weise können Forscher das Materialpotenzial schnell erkennen, bevor die Komponenten vorbereitet werden, was die Kosten und die Zeit für Versuche und Fehler erheblich reduziert.

QFLS KartenVisualisierung zeigt Materialeinheitlichkeit und Mängel

EinzelpunktQFLSDie Messung ist wichtig, aber die Gleichmäßigkeit des Materials im mikroskopischen Maßstab hat einen entscheidenden Einfluss auf die Geräteleistung.QFLS-KarteTechnologie liefert MaterialoberflächenQFLSVerteilte visualisierte Bilder, so dass das Material auf einen Blick schlecht ist. durchQFLS-KarteSie können alle Materialbereiche direkt beobachten.QFLSUnterschiede, lokale Mängel oder Ungleichheit Probleme zu identifizieren.

GroßbritannienUniversität von CambridgederSam StranksProfessorenteamin2025JahrACS EnergiebriefeDie Verwendung des absoluten SuperspektrumsPLBildgebungstechnik erhielt eine Sub-BatterieQFLSKarten[3]Sie verglichen.GO/2PACzSerienbatterien und ReferenzbatterienQFLSVerteilung, Ergebnisse anzeigenGO/2PACzSerienbatterie im niedrigen Bandraum (LBG(und Breitbandlücke)WBGDie Unterbatterie zeigt sich gleichmäßigerQFLSVerteilung. Dies bedeutet, dass der nicht-strahlende Zusammenhang unterdrückt wird und der interne und externe Spannungsverlust verbessert wird.Abbildung 3(a)und3 Buchstabe b)derQFLSBild undErgänzende Abbildung S14undS15derQFLSVerteilte Histogramme, die verschiedene Schnittstellenschichtenpaare intuitiv zeigenQFLSAuswirkungen der Gleichmäßigkeit.

Bilder von:Optimierte Graphen-Oxid-basierte Verbindungsschicht in All-Perovskit Tandem Solarzellen – Abb.3ab

Team von Professor Hou Yi, National University of Singaporeauf2024Jahr veröffentlicht inEnergie- und UmweltwissenschaftenIn der Arbeit wurden verschiedene Perovskitfilme gezeigt.QFLSBildgebung[4]Sie fanden heraus, dassPhADie modifizierte Folie zeigt im gesamten Testbereich eine höhereQFLSWerte und eine bessere räumliche Gleichmäßigkeit, die beweistPhAEs kann Mängel passivieren, nicht-strahlende Komponenten reduzieren und somit die photoelektrische Qualität der Perovskitfilme verbessern.Abbildung 3(a)Diese Ergebnisse wurden präsentiert.

Bilder von:Überschreitung der 90% Shockley-Queisser-VOC-Grenze in 1,79 eV Breitbandspalt-Perovskit-Solarzellen mit Bromsubstituierten selbstmontierten Monoschichten – Abb.3a

DurchQFLS-KarterTestgeräte können Forscher in kurzer Zeit3In Sekunden erhaltenQFLSVisualisierung. So können Sie nicht nur das gesamte Material schnell beherrschen.QFLSDie Verteilung und die Möglichkeit, die Gleichmäßigkeit und Mängel des Materials in Echtzeit zu bewerten, hat einen unersetzlichen Vorteil für die Materialauswahl und die Prozessüberwachung in der frühen Forschungs- und Entwicklungsphase.

Quantifizierung des Energieverlusts: vonPLQYzuQFLS

QFLSSie können nicht nur die Materialqualität qualitativ beurteilen, sondern auch die Energieverluste quantitativ analysieren.QFLSDie Berechnungsformel lautet:QFLS = kBT ln (PLQY × JG / J0,rad)Hier.PLQYist die Quantenproduktivität des Lichts,JGist die Lichtstromdichte,J0, Radist die dunkle Strahlungsgesättigte Stromdichte. Mit diesen Parametern kann das Verhältnis von Strahlungs- und Nicht-Strahlungsverlusten genau demontiert werden.

DeutschlandUniversität Potsdam Martin StolterfohtProfessorenteamauf2020Jahr veröffentlicht inACS Anwendungsmaterialien & SchnittstellenIn der Dokumentation wird verwendetPLQYundJGQuantifiziert.QFLS [5]Sie fanden heraus, dass durch vergleichende MessungenQFLSmit StrahlungsgrenzenVOC，MAPINicht-strahlende Verbundverluste (MAPIungefähr200 MeVDrei-Ionen-Perovskit110 MeV). Sie haben auch beobachtet, dass inHTL/Perovskit-Schnittstelle und Perovskit/ C60Der Verbundverlust der Schnittstelle erhöht sich.Tabelle 2die Daten über diese Verluste aufgelistet,Ergänzende Abbildung S5Diese Verluste zeigen. Diese Studie zeigtQFLSWie man den zusammengesetzten Hotspot genau lokalisiert.

Bilder von:Defekt- und Schnittstellenrekombination Begrenzte Quasi-Fermi-Ebene-Spaltung und Open-Circuit-Spannung in Mono – Abb.2

Qingdao Institute für Bioenergie und Prozesse der chinesischen Akademie der Wissenschaftenin2024JahrFortgeschrittene MaterialienIn der NutzungQFLSQuantifizierung des Energieverlusts durch nicht-strahlende Komponenten in Perovskit-Solarzellen[6]Sie nutzenEQESpektralberechnungJGin Kombination mit der SchwarzkörperstrahlungsberechnungJ0Genaue BewertungQFLS.

Bilder von:Verbesserte Quasi‐Fermi-Ebene-Spaltung von Perovskit-Solarzellen durch Universal Dual‐Funktionelles Polymer – Abb.4b

Team von Professor Li Gang von der Hong Kong Polytechnic Universityauf2025JahrFortgeschrittene MaterialienIn der AnwendungQFLS = qVoc,rad + kBT ln(PLQY)Niedrige Auflösung der FormelVOCQuellen der Verluste[7]Sie fanden heraus, dass inSnO2/Perovskit begraben Schnittstelle, durch seine Strategie, EnergieverlustΔ(VOC, rad)−QFLS)von62 MeVReduzieren auf34 MeV.Abbildung 4(e)undTabelle S5Diese Daten wurden gezeigt und bestätigten, dass die extrem niedrigeVOCDer Verlust ist hauptsächlich auf die Eliminierung der nicht-strahlenden Komposite der Schnittstelle zurückzuführen.

Bilder von:Begrabene Schnittstellenregelung mit einer supramolekularen montierten Schablone ermöglicht leistungsstarke Perovskit-Solarzellen zur Minimierung des VOC-Defizits – Abb.4e

QFLS-KarterInspektionsgeräte mit ihren hohen6eine Menge.PLQYEmpfindlichkeit kann aus1E-4%derPLQYWerte zu messen. Außerdem nimmt erNISTRückverfolgbare Komponenten und international anerkannte Messmethoden gewährleistenQFLSGenauigkeit der Messungen. Dies ermöglicht es den Forschern, nicht-strahlende Verbundverluste genau zu quantifizieren, was eine zuverlässige Datenunterstützung für die Materialoptimierung bietet.

Leitfaden für Material- und Schnittstellentechnik

QFLSNicht nur ein Diagnosewerkzeug, sondern auch ein Leitfaden für Material- und Schnittstellentechnik. durchQFLSÄnderungen können die Auswirkungen verschiedener Transportschichtmaterialien sowie die Auswirkungen von Prozessen wie chemische Reinigung oder Erbrennung auf die Oberflächeneigenschaften der Absorptionsschicht bewerten.

LuxemburgUniversität Luxemburg Susanne SiebentrittProfessorenteamauf2018Jahr veröffentlicht inIEEE Journal für PhotovoltaikIn der Arbeit wurde untersucht.NaFundNaF + RbFPost-DepositionsbehandlungCIGSAuswirkungen der Film[8]Sie fanden heraus, dassNaF + RbFdie behandelte Absorptionsschicht,QFLShöher als nur durchNaFDie verarbeitete Probe, die auf eine Verringerung der nicht-strahlenden Zusammensetzung, auch inCDSDie Ablagerung hat bereits stattgefunden. Selbst in der Luft ausgesetzt, die Oberflächenabbau der Absorptionsschicht, nach der Behandlung von schweren Alkalimetallen,QFLSDer gleiche steigende Trend zeigt, dass die Behandlung von Alkalimetallen die Qualität und die Oberfläche der Absorptionsschicht selbst verbessert.Abbildung 3Diese Trends zeigen sich.

Bilder von:Einfluss der Natrium- und Rubidium-Nachabscheidungsbehandlung auf die Quasi-Fermi-Ebene-Spaltung von Cu(In,Ga)Se2-Dünnfilmen – Abb.3

AlgerienNationale Hochschule für Erneuerbare EnergienderHichem BencherifProfessorenteamauf2025JahrSolarenergieIn dieser Studie wurde in3DEinführung in Perovskit2DAuswirkungen von Doppelverbindungsschichten und unterschiedlichen Lochtransportschichten[9]Sie fanden heraus, dass diese Optimierungen verbessertPLQYundQFLSDies zeigt eine Verringerung der Nichtstrahlungsverluste.Abbildung 5undTabelle 6Diese Verbesserungen zeigen sich.

Bilder von:Erreichen von Quasi-Fermi-Niveausplutzung in der Nähe seiner Strahlungsgrenze in effizienten und stabilen 2D/3D-Perovskit-Solarzellen: Detailliertes Gleichgewichtsmodell – Abb.5a

QFLS-KarterTestgeräte ermöglichen schnelle SchichtungQFLSTesten und Unterstützung von Phasenänderungen in der Zeit vor OrtPLAnalyse. Die Forscher können während der Vorbereitung die Auswirkungen jedes Materials auf die Gesamtleistung Schicht für Schicht bewerten, Engpässe schnell erkennen und Prozessbedingungen und Materialauswahl optimieren.

Erfahren Sie mehr über Trägerdynamik und Fehlerkontrolle

QFLSNicht nur im Zusammenhang mit der makroskopischen Geräteleistung, sondern auch mit der mikroskopischen Trägerkonzentration, der Lebensdauer und der Vernebelung. Höher.QFLSDies kann eine geringere Zusammensetzungsaktivität bedeuten oder eine höhere Dopingkonzentration anzeigen. Um die beiden Effekte genau zu unterscheiden, müssenQFLSKombination mit anderen Messmethoden.

Das Team von Professoren an der chinesischen Universität Henan2023JahrNaturkommunikationEs wird untersucht, wie die ErhöhungQFLSZur Reduzierung der Wärmeerzeugung von Quantenpunkt-LEDs[10]Sie fanden heraus, dass für eine gegebene Elektronendichte, wenn die Absorptionsrate des Films unverändert, verringertQDDie Stapeldichte erhöht die ElektronenQFLSDiese Studie richtet sichLEDsAber ihre Kerngedenken——Verbesserung durch Optimierung des TrägermanagementsQFLSGleiches gilt für den Photovoltaikbereich.

Bilder von:Minimierung der Wärmeerzeugung in Quantenpunkt-Leuchtdioden durch Erhöhung der Quasi-Fermi-Spaltung – Abbildung 1b

QFLS-KarterTestgeräte sind nicht nur schnell verfügbarQFLSDaten, deren Multimodalität auch die Kombination mit anderen Messtechniken wie der Zeitauflösung ermöglichtPL（TRPLDadurch werden tiefgreifende physikalische Mechanismen wie die Lebensdauer des Trägers, die Dopingkonzentration und die Defektdichte umfassender analysiert.

Schlussfolgerung

QFLSDie Kartentechnologie ist zum Werkzeug der Photovoltaik-Forschung geworden. Es bietet nicht nur Mittel zur Quantifizierung von Energieverlusten, sondern dient auch als Leitfaden bei der Materialauswahl, der Schnittstellentechnik, der Prozessoptimierung und dem Verständnis der grundlegenden Physik. Von der makroskopischen Geräteleistungsdiagnose bis hin zur mikroskopischen Trägerdynamik und Fehlerkontrolle,QFLSEs bietet mehrdimensionale Einblicke und beschleunigt den Entwicklungsprozess einer neuen Generation von leistungsstarken Photovoltaik-Geräten. Beherrschen und gut nutzenQFLSAnalyse ist eine wichtige Fähigkeit für jeden Fachmann, der sich mit der Forschung von Photovoltaik-Materialien und Geräten beschäftigt.

Referenzen

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