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暨南大学唐群委团队Angew Chem Int Ed: 电荷转移掺杂的氧化石墨烯增强全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池效率

2021-02-23 10:52    来源:石墨烯联盟    字号:       点击数:

近年来,全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池因在高温、高湿、紫外光照环境下具有优异的稳定性受到了科研人员的广泛关注。可控合成高效无机空穴功能材料加速光生电荷的提取对光电转换效率的提升具有关键作用。其中,具有二维结构的氧化石墨烯(GO)纳米片表面富含含氧官能团,在增强钙钛矿太阳能电池电荷提取和自封装方面表现出独特的优势。然而,GO表面含氧官能团的存在同时起两种作用,加快电荷提取和局域化所提取正电荷,在钙钛矿/GO界面处造成电荷复合,进而降低了电池输出效率。因此,如何在不牺牲GO基本特征的基础上抑制提取电荷的局域化提高电池光电转换是该领域的关键科学问题。

  近日,暨南大学唐群委教授研究团队针对GO二维材料在钙钛矿太阳能电池中作为空穴提取功能材料存在的提取电荷局域化的问题,通过在GO表面负载(NiCo)1-yFeyOx纳米晶(2-3nm),实现了由电子转移诱导产生的p型掺杂,优化了整个电池器件能带结构,将碳基全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池器件的效率提升到10.95%。另外,由于(NiCo)1-yFeyOx-GO二维纳米片均匀的覆盖在钙钛矿薄膜表面,起到了良好的封装作用,有效抑制了钙钛矿薄膜离子迁移和空气中的水分子和氧气渗透,使得该电池器件的稳定性得到明显提升。相关成果以题目“p-Type Charge Transfer Doping of Graphene Oxide with (NiCo)1-yFeyOx for Air-Stable, All-Inorganic CsPbIBr2 Perovskite Solar Cells”发表在化学和材料领域顶级刊物Angewandte Chemie International Edition杂志上,杜健博士后为第一作者,段加龙副研究员和唐群委教授为文章通讯作者。

  图一 (NiCo)1-yFeyOx-GO二维纳米片基本物相表征与结构示意图

  

  (a-c) GO, NiCoOx-GO和(NiCo)1-yFeyOx-GO 的TEM图

  (d-f) GO, NiCoOx-GO和(NiCo)1-yFeyOx-GO 的C 1s XPS图

  (g) 电荷转移机理图

  (h) GO, NiCoOx-GO和(NiCo)1-yFeyOx-GO 的UPS谱

  (i) GO, NiCoOx-GO和(NiCo)1-yFeyOx-GO的KPFM图

  图二 电池器件光伏性能

  

  (a) 钙钛矿太阳能电池器件结构与断面SEM图

  (b-c) CsPbIBr2和CsPbIBr2/(NiCo)1-yFeyOx-GO 薄膜SEM图

  (d) 电池器件J-V曲线

  (e) 电池器件的效率分布图

  (f) 电池器件的IPCE曲线

  (g) 电池器件的稳态输出

  图三 钙钛矿表面电势及电池器件表征

  

  (a-f) 钙钛矿表面覆盖GO和(NiCo)1-yFeyOx-GO的KPFM图和表面电势分布

  (g) 电池器件的内建电场测试

  (h) 电池器件Voc随光强度变化测试

  图四 电池器件稳定性能

  

  (a) 电池器件稳定性测试

  (b) 接触角测试

  (c-e) 器件的离子迁移表征

  导师简介:

  唐群委,暨南大学信息科学技术学院教授、博士生导师,山东省杰出青年基金获得者、广东省杰出青年基金获得者。主要从事新型太阳能电池和摩擦纳米发电机的研究,以第一或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, Nano Energy等材料和化学权威刊物发表论文200余篇,SCI引用8000余次,25篇为ESI高被引论文和热点论文,H-index=46;以第一完成人获授权国家发明专利21件;以第一完成人获教育部自然科学奖二等奖1项;以第一著作人出版“十二五”规划专著1部,在Wiley出版社出版英文著作1章。

  段加龙,暨南大学信息科学技术学院副研究员、硕士生导师。主要从事全无机钙钛矿太阳能电池的研究工作,近五年,以第一或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、J. Mater. Chem. A、Small等材料和化学领域权威期刊杂志发表SCI论文40余篇,论文总引用1700余次,6篇为ESI高被引论文(top 1%),H-index=21;在科学出版社出版《光电子材料与器件》专著1部,撰写《Counter Electrodes for Dye-Sensitized and Perovskite Solar Cells》(Wiley出版社)第3章。

  原文链接:

  https://doi.org/10.1002/anie.202016703

  文章来源:材料人

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