Adv. Funct. Mater. : 纳米颗粒功能化氧化石墨烯显著提升反式平面钙钛矿电池效率

原标题:Adv. Funct. Mater. : 纳米颗粒功能化氧化石墨烯显著提升反式平面钙钛矿电池效率

短短几年内,有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从3.8% 跃升至目前的23.3%,与商业化的晶硅太阳能电池相当。其中反式平面钙钛矿电池器件因制备工艺简单、可低温成膜、无明显迟滞效应等优点受到越来越多的关注。已有报道碳基纳米材料如碳纳米管、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)等用作为反式钙钛矿电池的空穴传输层,组装而成的电池器件展现出高的光电转换效率及持久稳定性。然而GO用作空穴传输层,其功函(-5.1 eV)与钙钛矿的价带(如MAPbI3为-5.4 eV)匹配不佳,进而限制电池效率。利用纳米颗粒改性制备功能化GO,是调整GO功函的一条简单有效的途径。

近日,台湾国立交通大学刁维光教授(通讯作者)等人使用Au和MoOx纳米颗粒分别沉积在GO薄膜表面调整GO功函,以此制备ITO/GO or GO-AuNP or GO-MoOx/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag结构的反式钙钛矿电池,进而显著提升器件开路电压。研究发现使用GO-AuNP作为空穴传输层时,载流子在Au纳米颗粒中复合,导致器件性能没有提高。相比之下,GO-MoOx作为空穴传输层,由于空穴离域抑制载流子复合,显著提高器件性能,光电转换效率最高可达16.7%。相关成果以题为“Functionalization of Graphene Oxide Films with Au and MoOx Nanoparticles as Efficient p-Contact Electrodes for Inverted Planar Perovskite Solar Cells”发表在Adv. Funct. Mater.上。

图一 C1s XPS谱表征

(a) GO;

(b) GO-AuNP;

(c) GO-MoOx。

图二 薄膜AFM及KFM表征

(a, d) GO;

(b, e) GO-AuNP;

(c, f) GO-MoOx。

图三 钙钛矿电池器件性能表征

(a) 不同空穴传输层器件的J-V性能曲线;

(b) 不同空穴传输层器件的IPCE光谱。

图四 钙钛矿电池光伏参数箱式分布

图五 钙钛矿薄膜光学表征

(a) 稳态PL光谱;

(b) 瞬态PL光谱。

图六 钙钛矿电池器件的瞬态光电测试

(a) 短路条件下的瞬态光电流衰减测试;

(b) 开路条件下的瞬态光电压衰减测试。

来源:材料人

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