基于黑磷烯材料的全無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究

　一、緒論
　　鈣鈦礦吸收層受光激發(fā)時(shí)，光子能量超過帶隙，引發(fā)電子從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶形成激子，電子經(jīng)電子傳輸層遷移，空穴則進(jìn)入空穴傳輸層，最終由金屬電極與透明電極分別收集，外電路導(dǎo)通后產(chǎn)生光生電流，完成光電轉(zhuǎn)換。近年來，全無機(jī)CsPbX3鈣鈦礦因其高穩(wěn)定性成為光電領(lǐng)域熱點(diǎn)，CsPbBr3太陽(yáng)能電池性能優(yōu)異，其防水性突出且初始PCE達(dá)5.59%，經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后效率提升至6.2%。本文基于此體系，設(shè)計(jì)并制備了CsPbBr3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。
　  二、黑磷烯材料對(duì)于CsPbBr3電池的影響
　　（一）實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容。本實(shí)驗(yàn)是采用碳電極作為陰極，TiO2作為電子傳輸層，使用兩步法制備的CsPbBr3鈣鈦礦薄膜作為吸光層，黑磷烯/PEDOT:PSS復(fù)合物作為空穴傳輸層，然后按照正式模型組成FTO導(dǎo)電玻璃/TiO2/CsPbBr3鈣鈦礦薄膜/導(dǎo)電碳層的全無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，探究空穴傳輸層的作用，與鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電性能間的影響，以及選用黑磷烯這一材料作為空穴傳輸層的潛力以及優(yōu)勢(shì)。
　?。ǘ┨砑雍诹紫┎牧系腃sPbBr3電池的制備。導(dǎo)電玻璃預(yù)處理需選取2.5cm×2.5cm的FTO玻璃，依次經(jīng)過去污粉、洗潔精及去離子水清洗以去除表面污漬，隨后通過乙醇脫水及異丙醇超聲30分鐘清潔，最終乙醇密封保存。基于預(yù)處理后的玻璃，使用膠帶將其貼合在異丙醇處理的瓷板上，以TiO2漿料刮涂未被膠帶覆蓋的區(qū)域，紅外燈烘干后于450℃退火30分鐘，完成TiO2鈍化層制備。鈣鈦礦活性層制備中，首先將4.41g溴化鉛溶于12mlDMF溶液，加熱攪拌12小時(shí)形成均勻漿料，通過三次刮涂（每次干燥后再涂覆）于玻璃表面，80℃烘干后浸入0.07mol/L CsBr甲醇溶液4小時(shí)，取出后經(jīng)異丙醇清洗并于250℃退火5分鐘，實(shí)現(xiàn)CsPbBr3鈣鈦礦層的結(jié)晶與致密化。黑磷烯層制備需在手套箱中將塊狀黑磷烯研磨成粉末，按黑磷烯與PEDOT:PSS（2:5）比例混合于乙醇中分散，形成包覆分散液后滴涂于鈣鈦礦層表面，80℃烘干即得異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。最終電池樣品經(jīng)太陽(yáng)光模擬系統(tǒng)測(cè)試光電性能，采用吉時(shí)利I-V測(cè)試系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，輸出電流－電壓特性曲線及效率參數(shù)。
　?。ㄈ悠沸阅軠y(cè)試。樣品經(jīng)紫外可見分光光度計(jì)測(cè)試，其紫外吸收光譜顯示：TiO2層與CsPbBr3鈣鈦礦膜在280nm處開始吸光，可見光區(qū)吸收穩(wěn)定，表明材料具有優(yōu)異吸光性能。同時(shí)，吸收峰向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向紅移，且在780-1000nm紅外波段仍保持較高吸收，證明其寬光譜響應(yīng)特性可進(jìn)一步提升光電轉(zhuǎn)換效率。該結(jié)果表明CsPbBr3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在光能利用范圍與器件性能上具備顯著優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊?；贔TO/TiO2/CsPbBr3鈣鈦礦薄膜/導(dǎo)電碳層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池器件，引入黑磷烯作為空穴傳輸層后，其能量轉(zhuǎn)換效率從0.821%提升至1.035%，VOC與Jsc顯著增大。黑磷烯通過減小鈣鈦礦薄膜晶界缺陷、促進(jìn)電荷分離并抑制復(fù)合，增強(qiáng)了光吸收與載流子傳輸效率，從而顯著優(yōu)化器件光伏性能。
　  三、總結(jié)
　　在本文中，研究了使用黑磷烯復(fù)合材料作為空穴傳輸層對(duì)于CsPbBr3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的影響。首先通過兩步法制備出了效率最好的三層鈣鈦礦材料，構(gòu)建C/鈣鈦礦/TiO2/FTO太陽(yáng)能電池，其最高效率為0.821%，引入黑磷烯材料作為空穴傳輸層構(gòu)建C/BP:PRDOT:PSS/鈣鈦礦/TiO2/FTO太陽(yáng)能電池，其最高效率為1.035%，主要體現(xiàn)在開路電壓（Voc）參數(shù)的提升，開路電壓總體上提升了約0.57V。數(shù)據(jù)表明黑磷烯材料作為空穴傳輸層能夠有效地提升器件的光電性能。

文章來源：  《安徽科技報(bào)》   http://www.00559.cn/w/qt/35317.html