Adv. Funct. Mater. : 纳米颗粒功能化氧化石墨烯显著提升反式平面钙钛矿电池效率

【引言】

短短几年内，有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从3.8% 跃升至目前的23.3%，与商业化的晶硅太阳能电池相当。其中反式平面钙钛矿电池器件因制备工艺简单、可低温成膜、无明显迟滞效应等优点受到越来越多的关注。已有报道碳基纳米材料如碳纳米管、氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（rGO）等用作为反式钙钛矿电池的空穴传输层，组装而成的电池器件展现出高的光电转换效率及持久稳定性。然而GO用作空穴传输层，其功函（-5.1 eV）与钙钛矿的价带（如MAPbI3为-5.4 eV）匹配不佳，进而限制电池效率。利用纳米颗粒改性制备功能化GO，是调整GO功函的一条简单有效的途径。

【成果简介】

近日，台湾国立交通大学刁维光教授（通讯作者）等人使用Au和MoOx纳米颗粒分别沉积在GO薄膜表面调整GO功函，以此制备ITO/GO or GO-AuNP or GO-MoOx/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag结构的反式钙钛矿电池，进而显著提升器件开路电压。研究发现使用GO-AuNP作为空穴传输层时，载流子在Au纳米颗粒中复合，导致器件性能没有提高。相比之下，GO-MoOx作为空穴传输层，由于空穴离域抑制载流子复合，显著提高器件性能，光电转换效率最高可达16.7%。相关成果以题为“Functionalization of Graphene Oxide Films with Au and MoOx Nanoparticles as Efficient p-Contact Electrodes for Inverted Planar Perovskite Solar Cells”发表在Adv. Funct. Mater.上。

【图文导读】

图一 C1s XPS谱表征

(a) GO；

(b) GO-AuNP；

(c) GO-MoOx。

图二 薄膜AFM及KFM表征

(a, d) GO；

(b, e) GO-AuNP；

(c, f) GO-MoOx。

图三 钙钛矿电池器件性能表征

(a) 不同空穴传输层器件的J-V性能曲线；

(b) 不同空穴传输层器件的IPCE光谱。

图四 钙钛矿电池光伏参数箱式分布

图五 钙钛矿薄膜光学表征

(a) 稳态PL光谱；

(b) 瞬态PL光谱。

图六 钙钛矿电池器件的瞬态光电测试

(a) 短路条件下的瞬态光电流衰减测试；

(b) 开路条件下的瞬态光电压衰减测试。

【小结】

研究人员采用Au和MoOx纳米颗粒改性GO薄膜，用作反式钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，器件的开路电压明显提高。其中MoOx功能化GO薄膜作为空穴传输层，因其p型掺杂效应，显著抑制钙钛矿层与GO层界面的电荷复合，从而提高器件的性能。该研究为发展碳基空穴传输层钙钛矿电池提供了新的思路与方法，推动了反式钙钛矿器件的进一步发展。

文献链接：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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