Small Methods:1+1>2,石墨烯助力高效稳定钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳能电池由于其优越的光电性能,简单的制备方法, 较低的制造成本以及接近硅基太阳能电池的25.2%的光电转换效率,受到了科研工作者的广泛关注。然而钙钛矿太阳能电池面临的稳定性问题制约其商业化进程,如离子迁移引起的器件工作不稳定性和界面处的非辐射复合问题。石墨烯及其衍生物具有环境稳定性和致密性,其多官能团能够修饰钙钛矿薄膜及器件各界面层处(如图1),近年来利用石墨烯及其衍生物提高钙钛矿太阳电池的稳定性工作也有了很多进展及突破。

图1 石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳电池中的应用

上海交通大学韩礼元教授,王言博助理教授近期在Small Methods杂志上发表了一篇综述论文(DOI: 10.1002/smtd.202000507),介绍了石墨烯材料的发展历史和制备方法并从钝化缺陷、阻挡离子移动和优化电荷传输三个方面详细总结了石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳电池中的应用。此外,他们还总结了石墨烯作为半透明柔性电极材料在钙钛矿太阳电池中的研究进展。最后,他们提出了石墨烯材料在钙钛矿太阳电池应用中面临的挑战:

1)作为电极的石墨烯材料通常被要求在低温条件下制备。然而,这些电极的电导率往往很低,需要通过掺杂或混合其他元素来克服这一问题。

2)石墨烯材料作为电极常通过化学气相沉积生长-衬底转移法引入钙钛矿太阳电池中。但这一过程会在石墨烯上留下多余的聚合物,增加电极缺陷。未来需要开发新的简单的方法来均匀沉积石墨烯电极。

3)通过合理的分子设计,具有特定钝化效应和合适能级的石墨烯及其衍生物有望成为高质量的电荷传输层和离子阻挡层。进一步的挑战在于如何在更大的面积上制备更薄、更均匀的石墨烯材料薄膜。