石墨烯可成為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的下一代材料嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-07 07:53
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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的研究最近受到廣泛關(guān)注和快速發(fā)展，其能量轉(zhuǎn)換效率已接近傳統(tǒng)商用太陽(yáng)能電池（無(wú)定形硅、GaAs和CdTe）。相對(duì)而言，PSCs具有輕質(zhì)、柔性、廉價(jià)等多種優(yōu)點(diǎn)。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能，在PSCs的應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，比如：石墨烯表面具有疏水性，能保護(hù)鈣鈦礦材料，避免其與空氣介質(zhì)中的水接觸反應(yīng)，延長(zhǎng)PSCs的使用壽命等。
馬來(lái)西亞Chi Chin Yap等人圍繞石墨烯是否能成為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的下一代材料這一問(wèn)題撰寫(xiě)了題為"A Mini Review: Can Graphene Be a Novel Material for Perovskite Solar Cell Applications?"的綜述文章，總結(jié)了石墨烯應(yīng)用于PSCs的導(dǎo)電電極、載流子輸運(yùn)材料、以及穩(wěn)定劑材料等方面的最新研究進(jìn)展，探討了石墨烯提高PSCs性能和穩(wěn)定性的一些新思路，以及石墨烯在未來(lái)光伏市場(chǎng)商業(yè)化應(yīng)用的前景。
? 圖1 a)2009年至2016年鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(以下簡(jiǎn)稱PSC)效率的演變。b)石墨烯是一種碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀晶格材料（i）。它可以堆積成三維石墨（ii），卷成一維納米管（iii），并包裹成零維巴基球（C60）（iv）。
? 圖2 a) 一個(gè)基本的ABX3鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)(鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)式一般為ABX3,其中A和B是兩種陽(yáng)離子,X是陰離子)。b)容差因子t與鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。c)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)用的不同鈣鈦礦材料的容差因子。
? 圖3 PSC的一般工作機(jī)制。在鈣鈦礦層中形成的自由電荷載流子漂移到載流子輸運(yùn)材料（黑色箭頭線），隨后電荷被提取到電極（藍(lán)色箭頭線）。
? 圖4 用PEDOT：PSS（聚（3,4-亞乙基）：聚（苯乙烯磺酸鹽））摻雜前后，CVD（化學(xué)氣相沉積）生產(chǎn)的石墨烯膜（一至四層）的a)片電阻和b)透射光譜。
? 圖5 a)在石墨烯上不同厚度的MoO3 HTM的平均器件性能。b)在原始石墨烯表面和c)2 nm MoO3 /石墨烯表面上使用PEDOT：PSS進(jìn)行接觸角測(cè)量。b)和c)中的插圖是涂覆在相應(yīng)的石墨烯涂覆的玻璃基板上的PEDOT：PSS / MAPbI3薄膜的光學(xué)圖像。在旋涂PEDOT：PSS / MAPbI3薄膜之前，在襯底的中心處將MoO3層以正方形沉積。d)在涂覆MoO3 HTM前后石墨烯表面的功函數(shù)(從UPS光譜中提取）。
? 圖6 測(cè)得的石墨烯-MoO3 / PEN和ITO / PEN裝置的PCE(歸一化功率轉(zhuǎn)化效率)。a)彎曲循環(huán)1000次后分別在半徑平坦，2,4和6mm處測(cè)量；c) 固定彎曲半徑為4mm,PCE作為彎曲循環(huán)的函數(shù)。在彎曲半徑為4mm處進(jìn)行1000次彎曲循環(huán)之后，涂覆在b )PEN / ITO / PEDOT：PSS和d) PEN /石墨烯-MoO3 / PEDOT：PSS上的MAPBI3鈣鈦礦膜的橫截面SEM圖像。比例尺是200納米。
? 圖7 測(cè)得的石墨烯-MoO3 / PEN和ITO / PEN裝置的PCE(歸一化功率轉(zhuǎn)化效率)。a)彎曲循環(huán)1000次后分別在半徑平坦，2,4和6mm處測(cè)量；c) 固定彎曲半徑為4mm,PCE作為彎曲循環(huán)的函數(shù)。在彎曲半徑為4mm處進(jìn)行1000次彎曲循環(huán)之后，涂覆在b )PEN / ITO / PEDOT：PSS和d) PEN /石墨烯-MoO3 / PEDOT：PSS上的MAPBI3鈣鈦礦膜的橫截面SEM圖像。比例尺是200納米。
