独特的无缝连接[email protected] Graphene杂化纳米结构助力高效稳定的钙钛矿太阳能电池

近年来,碳纳米管和石墨烯这两大类碳材料分别作为界面层被广泛应用在钙钛矿太阳能电池中。研究表明,采用化学气相沉积(CVD)生长的碳纳米管具有较高的电导率,而CVD生长的石墨烯、氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(r-GO)具有较大的比表面积及独特的光电性质。因此,如果能将石墨烯和碳纳米管这两种典型碳材料各自的优势结合起来,设计具有高导电性和高比表面积的碳复合材料,并将其作为界面层应用在钙钛矿太阳能电池中,将成为提高PSCs效率和稳定性的重要研究策略。

近期,西北工业大学李炫华教授团队报道了一种无缝连接[email protected]核-壳混合纳米结构材料,并其用于空穴传输材料spiro-OMeTAD中,最终制备的器件表现出高的光电转化效率及优异的热稳定性和湿度稳定性。同时,为了进一步突出[email protected]材料的优势,研究者将纯碳管、纯石墨烯以及碳管和石墨烯的混合物(CNT-G)分别应用在spiro-OMeTAD中用于比较。最终结果发现,在空穴传输层中引入[email protected] G制备的器件效率高达19.56%,在30-50%的湿度环境下暗态保存500小时,器件仍保持原有效率的80%以上。同时,在氮气气氛中进行50小时100℃的热老化实验,对钙钛矿层(MAPbI3)的吸收曲线进行追踪检测分析,结果表明MAPbI3的光吸收强度几乎无衰减。作者通过机理研究发现, MAPbI3在较高的温度下会分解成PbI2、MA和HI,而碘化物具有较高的能量,能很快地从钙钛矿薄膜内部扩散到表面空隙处,得益于[email protected]材料大的比表面积,碘化物的扩散最终得到有效的抑制,器件热稳定性获得显著提高。同时,[email protected]的存在有效地阻止了钙钛矿薄膜对水分的吸收,器件的湿度稳定性也同步得到显著改善。

相关工作发表Advanced Functional Materials上 (DOI: 10.1002/adfm.201800475), 并被选为封面卷轴。

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