Adv. Funct. Mater. : 納米顆粒功能化氧化石墨烯顯著提升反式平面鈣鈦礦電池效率

【引言】

短短幾年內，有機—無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經從3.8% 躍升至目前的23.3%，與商業化的晶硅太陽能電池相當。其中反式平面鈣鈦礦電池器件因制備工藝簡單、可低溫成膜、無明顯遲滯效應等優點受到越來越多的關注。已有報道碳基納米材料如碳納米管、氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（rGO）等用作為反式鈣鈦礦電池的空穴傳輸層，組裝而成的電池器件展現出高的光電轉換效率及持久穩定性。然而GO用作空穴傳輸層，其功函（-5.1 eV）與鈣鈦礦的價帶（如MAPbI3為-5.4 eV）匹配不佳，進而限制電池效率。利用納米顆粒改性制備功能化GO，是調整GO功函的一條簡單有效的途徑。

【成果簡介】

近日，臺灣國立交通大學刁維光教授（通訊作者）等人使用Au和MoOx納米顆粒分別沉積在GO薄膜表面調整GO功函，以此制備ITO/GO or GO-AuNP or GO-MoOx/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag結構的反式鈣鈦礦電池，進而顯著提升器件開路電壓。研究發現使用GO-AuNP作為空穴傳輸層時，載流子在Au納米顆粒中復合，導致器件性能沒有提高。相比之下，GO-MoOx作為空穴傳輸層，由于空穴離域抑制載流子復合，顯著提高器件性能，光電轉換效率最高可達16.7%。相關成果以題為“Functionalization of Graphene Oxide Films with Au and MoOx Nanoparticles as Efficient p-Contact Electrodes for Inverted Planar Perovskite Solar Cells”發表在Adv. Funct. Mater.上。

【圖文導讀】

圖一 C1s XPS譜表征

(a) GO；

(b) GO-AuNP；

(c) GO-MoOx。

圖二 薄膜AFM及KFM表征

(a, d) GO；

(b, e) GO-AuNP；

(c, f) GO-MoOx。

圖三 鈣鈦礦電池器件性能表征

(a) 不同空穴傳輸層器件的J-V性能曲線；

(b) 不同空穴傳輸層器件的IPCE光譜。

圖四 鈣鈦礦電池光伏參數箱式分布

圖五 鈣鈦礦薄膜光學表征

(a) 穩態PL光譜；

(b) 瞬態PL光譜。

圖六 鈣鈦礦電池器件的瞬態光電測試

(a) 短路條件下的瞬態光電流衰減測試；

(b) 開路條件下的瞬態光電壓衰減測試。

【小結】

研究人員采用Au和MoOx納米顆粒改性GO薄膜，用作反式鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層，器件的開路電壓明顯提高。其中MoOx功能化GO薄膜作為空穴傳輸層，因其p型摻雜效應，顯著抑制鈣鈦礦層與GO層界面的電荷復合，從而提高器件的性能。該研究為發展碳基空穴傳輸層鈣鈦礦電池提供了新的思路與方法，推動了反式鈣鈦礦器件的進一步發展。

文獻鏈接：Functionalization of Graphene Oxide Films with Au and MoOx Nanoparticles as Efficient p-Contact Electrodes for Inverted Planar Perovskite Solar Cells（Adv. Funct. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adfm.201803200）

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