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硫化铜纳米颗粒作为全无机阻挡层n-i-p型钙钛矿太阳能电池中的空穴传输材料：应用与工作机理研究

DOI：10.1016/j.apsusc.2019.01.289 期刊：Applied Surface Science 出版年份：2019 更新时间：2025-10-22 19:40:53
摘要： 钙钛矿太阳能电池（PSC）领域面临的挑战之一是开发适用于溶液法沉积的无机空穴传输材料（HTM），以实现更廉价、稳定且可扩展的器件。本文首次报道了p型硫化铜纳米颗粒的合成与表征，并将其作为低成本全无机HTM应用于介观n-i-p型PSC。通过采用CuS分别与两种钙钛矿材料（CH3NH3PbI3（MAPbI3）和(FAPbI3)0.78(MAPbBr3)0.14(CsPbI3)0.08（CsFAMAPbIBr））结合，观测到极高的电流密度和填充因子，表明在CuS界面发生了有效的空穴提取。值得注意的是，我们的器件在采用单一溶液法制备的无机HTM及无毒溶剂的n-i-p结构中实现了最高功率转换效率（PCE）之一：MAPbI3和CsFAMAPbIBr分别达到13.47%和11.85%。需指出的是，这些PCE值仅受限于约0.8 V的开路电压降低现象——这源于钙钛矿/CuS界面存在的多种效应，包括价带值显著差异导致非辐射复合增强，以及CuS金属特性的影响。总体而言，这些发现凸显了CuS作为常规有机HTM极廉价替代品的潜力，并为在全无机阻挡层PSC中应用该材料实现进一步改进奠定了基础。
作者： Juan Tirado，Cristina Roldán-Carmona，Fabio A. Mu?oz-Guerrero，Gemay Bonilla-Arboleda，Maryline Ralaiarisoa，Giulia Grancini，Valentin I.E. Queloz，Norbert Koch，Mohammad Khaja Nazeeruddin，Franklin Jaramillo
机构： Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo de Materiales CIDEMAT, Universidad de Antioquia UdeA，Group for Molecular Engineering of Functional Materials, Institute of Chemical Sciences and Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)，Research and Development Center, Andercol S.A.，Institut für Physik, Humboldt-Universit?t zu Berlin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究硫化铜纳米颗粒作为钙钛矿太阳能电池中低成本、全无机空穴传输材料的应用，以实现更廉价、更稳定且可扩展的器件。

研究成果

硫化铜纳米颗粒可作为钙钛矿太阳能电池中一种高效、低成本的空穴传输材料，实现高电流密度和填充因子。然而，其开路电压受界面复合及硫化铜金属性质的限制。未来改进方向可包括界面钝化以提升性能。

研究不足

由于钙钛矿/硫化铜界面非辐射复合增强以及硫化铜的金属特性，开路电压（Voc）被限制在约0.8伏特左右。这些因素也限制了效率。

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