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通过共掺杂石墨烯量子点增强多界面,实现高效耐用的钙钛矿太阳能电池

DOI:10.1021/acsami.9b23255 期刊:ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份:2020 更新时间:2025-09-23 15:19:57
摘要: 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为发展最快的新一代薄膜光伏技术,虽已引发广泛研究兴趣,但其效率、可扩展性和耐久性仍面临挑战。Fe?O?可作为平面PSCs的电子传输层(ETL),相比基于TiO?的平面PSCs展现出更高的湿度和紫外光稳定性。然而由于Fe?O?与钙钛矿间界面接触不良及钙钛矿晶体质量欠佳,其器件光电转换效率(PCE)始终低于15%。本研究通过引入N、S共掺杂石墨烯量子点(NSGQDs)对整个太阳能电池界面进行工程化设计:该量子点具有多重功能——i)促进钙钛矿晶体生长;ii)改善阴阳极界面电荷提?。籭ii)诱导缺陷钝化并抑制电荷复合。当与Fe?O? ETL组装时,平面PSCs效率从14%显著提升至19.2%,同时迟滞效应降低,创造了迄今Fe?O?基PSCs的最高PCE纪录。此外,经全器件界面工程化的PSCs表现出显著提升的耐久性,包括优异的湿度、紫外光和热稳定性。这种基于石墨烯量子点的全新界面工程方法,为构建兼具高效率与高耐久性的PSCs提供了通用有效途径。
作者: Hui Chen,Qiang Luo,Tao Liu,Meiqian Tai,Jing Lin,Vignesh Murugadoss,Hong Lin,Jinshu Wang,Zhanhu Guo,Ning Wang
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研究概述 实验方案

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通过将N、S共掺杂石墨烯量子点同时引入钙钛矿层及其对应的电荷接触界面,我们成功实现了整个太阳能电池器件的多重界面工程,可谓"一石三鸟"。首先,钙钛矿薄膜中添加的NSGQDs能增大钙钛矿晶粒尺寸,这不仅延缓了结晶过程,还能通过与欠配位铅阳离子配位钝化缺陷。此外,作为电子界面层的NSGQDs促进了电荷分离并抑制了电荷复合。当NSGQDs用作空穴界面修饰层时,优化了钙钛矿层与HTL之间的能带排列,大幅提升了器件稳定性。得益于多重界面工程,采用IH?O? ETL层组装的PSCs效率从14%显著提升至19.2%(增幅37%),创造了迄今为止Fe?O?基PSCs的新纪录PCE。器件迟滞现象明显减弱,湿度稳定性经400小时测试后提升78%(1200小时后仍保持初始PCE的82%),热稳定性经300小时测试后提升84%。在强紫外照射120分钟后,Fe?O?基器件的PCE更是达到TiO?基器件的三倍。除Fe?O?外,该方法对TiO?和SnO?电子传输材料制备的PSCs性能提升同样有效。本方案同步解决了制约太阳能电池效率和寿命的多重因素,这些突破性成果将推动钙钛矿太阳能电池从实验室走向实际应用。

实验的技术和应用限制,以及潜在的优化领域。

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