Advanced Functional Materials:基于二维MXene量子点与Cu1.8S纳米晶调控构建高性能钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池的迅猛发展得益于钙钛矿材料的优良的光学和电学性能。截至2020年,  钙钛矿电池的转换效率已经达到25.2%,超过了有机及染料敏化太阳能电池的效率, 且有望达到单晶硅太阳能电池的水平,引起了国际学术界的高度重视。但是钙钛矿太阳能电池的稳定性严重制约了其面向未来的商业应用。通过钙钛矿吸光层、传输层及界面调控可以实现高效率和高稳定性的钙钛矿太阳能电池。

吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室宋宏伟教授课题组合成了二维MXene量子点(TQD),其具有比表面积大,表面官能团丰富,导电性好以及功函数可调等优点。研究者利用 TQD对钙钛矿太阳能电池的电子传输层进行修饰,减少界面缺陷,提高电子传输层的导电性,电子提取、传输能力;并把TQD掺杂进钙钛矿吸收层,利用TQD表面丰富的官能团能够与Pb原子形成Ti-O-Pb 或 Pb-O共价键,得到高质量的钙钛矿薄膜;钙钛矿晶体的尺寸增大,晶界变少,有利于钝化钙钛矿层的本征陷阱态密度和提高钙钛矿层的稳定性,减少迟滞效应。进一步地,研究者利用Cu1.8S纳米晶对空穴传输层(spiro-OMeTAD)进行修饰,抑制空穴传输层的聚集和结晶,提高空穴传输层的疏水性,同时提高空穴传输层的导电性、空穴提取、传输能力,提高器件的稳定性。当TQD及Cu1.8S纳米晶调同时调控钙钛矿太阳能电池时,器件的光电转换效率从18.31%提高到21.64%,器件在空气环境和连续光照下的稳定性均有明显提高。该研究揭示了一种新的对钙钛矿薄膜和界面同时调控的方法,构造高效的载流子传输通道,为进一步提高钙钛矿器件的性能提供了新思路。 相关论文在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:  10.1002/adfm.202003295)上。论文的通讯作者为吉林大学宋宏伟教授和徐文副教授,第一作者为该课题组的博士研究生陈旭(现在郑州大学物理学院工作)。