Small Methods:二氧化钛-碳纳米管复合钙钛矿电池性能提升的起源

碳纳米管作为一维纳米材料具有优异的光电性能和稳定性,已经广泛应用于材料科学和光电子领域。自从碳纳米管被发现以来,有大量的研究工作关于碳纳米管在光伏器件上的应用。在有机聚合物太阳能电池中,碳纳米管可以作为收集空穴的透明电极。在染料敏化太阳能电池中,碳纳米管一方面可以掺入TiO2光阳极中提高电子导电性并增加光散射,另一方面可以充当对电极。作为新型的薄膜光伏器件,钙钛矿太阳能电池的性能同样能够通过在器件中引入碳纳米管获得提升。空穴传输材料中掺杂碳纳米管能有效提高空穴传输性能。虽然碳纳米管具有一定的p型半导体性质,但将其引入电子传输层仍然能提升钙钛矿太阳能电池的性能。前期的研究将器件性能的提升归功于碳纳米管导致的电子迁移率增加,也有证据表明碳纳米管和钙钛矿界面能改善电荷传输。因此有必要进一步深入研究碳纳米管对电子传输层的影响。

近日,伦敦大学学院化学系Thomas J. Macdonald教授课题组系统研究了碳纳米管-TiO2复合电子传输层对钙钛矿太阳能电池的性能影响,其中MAPbI3作为光活性层。通过稳态荧光光谱、时间分辨单光子计数和飞秒瞬态吸收光谱等光谱技术表征TiO2-碳纳米管和MAPbI3界面的光生电荷传输,实验证据表明碳纳米管能够钝化TiO2中的缺陷态,从而导致更强的辐射复合以及更好的器件性能,而不是优化电子在MAPbI3和TiO2之间的转移。缺陷的有效钝化使得基于MAPbI3的介孔TiO2钙钛矿太阳能电池获得了20.4%的光电转换效率。这一结果有利于了解碳纳米材料在钙钛矿太阳能电池中所起的作用,向高性能光伏器件的开发迈出了坚实的一步。

相关工作以”Origin of Performance Enhancement in TiO2-Carbon Nanotube Composite Perovskite Solar Cells”为题发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201900164)上。 List Tabl