Como nueva generación de tecnología fotovoltaica, el proceso de industrialización de células solares de perovskita Se enfrenta al reto clave del control de calidad de preparaciones a gran escala. Este estudio propone una innovadora tecnología de caracterización no destructiva, la imagen de parámetros k (imagen k), que analiza la relación de la ley de potencia de la fotoluminiscencia (PL) dependiente de la intensidad de la luz y permite una evaluación rápida y precisa de la calidad de la película de perovskita.

Tecnología de imágenes PL de fotoluminiscencia dependiente de la intensidad de la luz

(a) Diagrama esquemático del dispositivo experimental (bc) Imagen de intensidad PL y ajuste de la ley de potencia (d) Diagrama de distribución espacial del parámetro k

Connotación física del parámetro k

El estudio encontró que la intensidad de PL de la película de perovskita sigue una relación de ley de potencia con la intensidad de la luz de excitación, en la que el índice k tiene un significado físico claro:

k→1: predomina la recombinación radiativa (alta calidad)

k→2: la recombinación no radiativa asistida por defectos es significativa. Mediante la derivación de la ecuación de velocidad, existe una relación cuantitativa entre el valor k y la eficiencia de la recombinación no radiativa ηnr: ηnr≈(k-1)

Diseño del sistema de imágenes La figura anterior muestra el sistema óptico construido por nosotros mismos:

Fuente de excitación: matriz LED dual de 467 nm, que logra <3% de no uniformidad (135×75 mm²)

Módulo de detección: filtro de paso largo de 715 nm + sCMOS (70 μm/píxel)

Excitación de intensidad de luz múltiple: 18 niveles de gradiente (0,01-0,1 soles), medición única de 5 minutos

El sistema obtiene el mapa de distribución k mediante el ajuste de la ley de potencia a nivel de píxel. La prueba de muestra estándar muestra k = 1,53 ± 0,01, lo que corresponde a una pérdida no radiativa de aproximadamente el 30 %.

Experimento de verificación antiinterferencias

Experimento de interferencia por reflexión en espejo (cd) de contraste de excitación no uniforme (ab) de verificación antiinterferencia

Para verificar la inmunidad de la tecnología de imágenes k a los artefactos ópticos, los investigadores diseñaron dos experimentos de control. En el experimento de excitación no uniforme, se creó artificialmente un aumento del 23 % en la intensidad de la luz en la zona del borde. Se observó que, si bien la intensidad de la luz de la superficie (PL) mostró un cambio de gradiente significativo, la distribución espacial del parámetro k se mantuvo uniforme. Este fenómeno se puede explicar mediante la teoría de la ecuación de velocidad: el parámetro k refleja esencialmente la relación proporcional del mecanismo de recombinación y es independiente de la intensidad de la luz absoluta.

El segundo experimento colocó la muestra sobre el espejo. Los resultados mostraron que la intensidad de PL en el área de reflexión del espejo aumentó un 44%, mientras que la diferencia del valor k fue inferior al 1%. Este resultado es fundamental: en la imagen PL tradicional, las fluctuaciones de señal causadas por diferencias en la reflectividad del sustrato suelen interpretarse erróneamente como cambios en la calidad de la película, mientras que el parámetro k evita eficazmente este riesgo de diagnóstico erróneo. Esto es especialmente importante para los diversos escenarios de sustrato que se observan comúnmente en aplicaciones industriales.

Diagnóstico de la interfaz HTL de la capa de transporte de agujeros

Evaluación de ingeniería de interfaz (ac) Imágenes k de capas de transporte de tres huecos (de) Verificación de esfera integradora

Al comparar los efectos de las estructuras de transporte de tres huecos en la calidad de las películas de perovskita, se observa que el valor k está directamente relacionado con la densidad de defectos en la interfaz: la introducción de la capa de interfaz 2PACz puede reducir el valor k (de 1,61 a 1,54), lo que indica una disminución de la recombinación no radiativa; mientras que la capa de NiOx recubierta por centrifugación provoca un aumento del valor k (1,62) debido a los defectos superficiales, lo que confirma el efecto regulador de la ingeniería de interfaz en el proceso de recombinación.

Optimización del proceso de pasivación

Optimización de la concentración de pasivación (ad) Experimento de gradiente PEAI (c) Evidencia TRPL

Aplicación de imágenes k para optimizar la concentración de pasivación masiva de PEAI. A medida que la concentración de PEAI aumenta de 0 a 10 mg/ml, el valor k muestra una tendencia monótona decreciente, pero... célula solar El COV disminuye tras alcanzar un pico de 1,17 V a 7,5 mg/ml. Las pruebas TRPL muestran que la vida útil del portador alcanza los 312 ns a 7,5 mg/ml, un 75 % superior a la de la muestra sin pasivar.

Un análisis de impedancia posterior muestra que, si bien un exceso de PEAI continúa mejorando la calidad del material (k↓), introduce un efecto de capa aislante, lo que resulta en un aumento de la resistencia en serie y una disminución de la FF. Esto refleja el valor único de la imagen k: permite evaluar de forma independiente el efecto de pasivación y evitar la interferencia de acoplamiento mutuo en los parámetros generales de rendimiento del... célula solar.

La tecnología de imágenes del parámetro k desarrollada en este estudio permite evaluar con precisión la calidad de las películas de perovskita mediante el análisis de la ley de potencia de la fotoluminiscencia (PL) dependiente de la intensidad de la luz. Experimentos han demostrado que este método posee una robustez excepcional frente a artefactos ópticos y permite diagnosticar eficazmente los efectos de ingeniería de interfaz y optimizar la ventana del proceso de pasivación. En particular, la correlación entre el parámetro k y la variación del COV (sensibilidad de 20 mV) proporciona una base fiable para la toma de decisiones de calidad en tiempo real en la línea de producción.