NML综述 | 石墨烯可成为钙钛矿太阳能电池的下一代材料吗?

内容简介

钙钛矿太阳能电池(PSCs)的研究最近受到广泛关注和快速发展,其能量转换效率已接近传统商用太阳能电池(无定形硅、GaAs和CdTe)。相对而言,PSCs具有轻质、柔性、廉价等多种优点。石墨烯具有优异的光学、电学和机械性能,在PSCs的应用研究中发现具有特殊的优点,比如:石墨烯表面具有疏水性,能保护钙钛矿材料,避免其与空气介质中的水接触反应,延长PSCs的使用寿命等。

马来西亚Chi Chin Yap等人围绕石墨烯是否能成为钙钛矿太阳能电池的下一代材料这一问题撰写了题为”A Mini Review: Can Graphene Be a Novel Material for Perovskite Solar Cell Applications?”的综述文章,总结了石墨烯应用于PSCs的导电电极、载流子输运材料、以及稳定剂材料等方面的最新研究进展,探讨了石墨烯提高PSCs性能和稳定性的一些新思路,以及石墨烯在未来光伏市场商业化应用的前景。

图文导读

▶ 图1 a)2009年至2016年钙钛矿太阳能电池(以下简称PSC)效率的演变。b)石墨烯是一种碳原子构成的二维蜂窝状晶格材料(i)。它可以堆积成三维石墨(ii),卷成一维纳米管(iii),并包裹成零维巴基球(C60)(iv)。

▶ 图2 a)  一个基本的ABX3钙钛矿晶体结构(钙钛矿材料结构式一般为ABX3,其中A和B是两种阳离子,X是阴离子)。b)容差因子t与钙钛矿材料的晶体结构之间的关系。c)钙钛矿太阳能电池应用的不同钙钛矿材料的容差因子。

▶ 图3 PSC的一般工作机制。在钙钛矿层中形成的自由电荷载流子漂移到载流子输运材料(黑色箭头线),随后电荷被提取到电极(蓝色箭头线)。

▶ 图4 用PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙基):聚(苯乙烯磺酸盐))掺杂前后,CVD(化学气相沉积)生产的石墨烯膜(一至四层)的a)片电阻和b)透射光谱。

▶ 图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进行接触角测量。b)和c)中的插图是涂覆在相应的石墨烯涂覆的玻璃基板上的PEDOT:PSS / MAPbI3薄膜的光学图像。在旋涂PEDOT:PSS / MAPbI3薄膜之前,在衬底的中心处将MoO3层以正方形沉积。d)在涂覆MoO3 HTM前后石墨烯表面的功函数(从UPS光谱中提取)。

▶ 图6 测得的石墨烯-MoO3 / PEN和ITO / PEN装置的PCE(归一化功率转化效率)。a)弯曲循环1000次后分别在半径平坦,2,4和6mm处测量;c) 固定弯曲半径为4mm,PCE作为弯曲循环的函数。在弯曲半径为4mm处进行1000次弯曲循环之后,涂覆在b )PEN / ITO / PEDOT:PSS和d) PEN /石墨烯-MoO3/ PEDOT:PSS上的MAPBI3钙钛矿膜的横截面SEM图像。比例尺是200纳米。

▶ 图7 测得的石墨烯-MoO3 / PEN和ITO / PEN装置的PCE(归一化功率转化效率)。a)弯曲循环1000次后分别在半径平坦,2,4和6mm处测量;c) 固定弯曲半径为4mm,PCE作为弯曲循环的函数。在弯曲半径为4mm处进行1000次弯曲循环之后,涂覆在b )PEN / ITO / PEDOT:PSS和d) PEN /石墨烯-MoO3/ PEDOT:PSS上的MAPBI3钙钛矿膜的横截面SEM图像。比例尺是200纳米。

▶ 图8 在腐蚀前(a)后(b)拍摄的钙钛矿薄膜图像。

文章信息

本综述文章发表于 Nano-Micro Letters 期刊 2018 年第 10 卷第 2 期,详情请阅读全文,可免费下载。本文在期刊微信 (nanomicroletters)、微博 (纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等媒体推出,请多关注。以往微信推文可参看网站(http://nmsci.cn)

Cite As:EngLiang Lim, Chi Chin Yap, Mohammad Hafizuddin HjJumali, Mohd Asri Mat Teridi, Chin Hoong Teh. A Mini Review: Can Graphene Be a Novel Material for Perovskite Solar Cell Applications? Nano-Micro Lett. (2018) 10: 27.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0182-0

关键词:钙钛矿太阳能电池,石墨烯,导电电极,载流子输运材料,稳定剂材料,性能和稳定性

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通讯作者简介

马来西亚国立大学应用物理学院副教授,曾担任马来西亚国立大学科学技术委员会主席,固态科学技术学会会员,全国物理大会秘书等职。主持各种科研项目8项,参与14项。发表文章100多篇,引用近400次。h指数=11,h10指数=16。

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