鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1086次 | 2021年04月23日
石墨烯可成為鈣鈦礦太陽能電池的下一代材料嗎?
鈣鈦礦太陽能電池(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)商用太陽能電池(無定形硅、GaAs和CdTe)。相對而言,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,防止其與空氣介質(zhì)中的水接觸反應(yīng),延長PSCs的使用壽命等。
馬來西亞ChiChinYap等人圍繞石墨烯是否能成為鈣鈦礦太陽能電池的下一代材料這一問題撰寫了題為AMiniReview:CanGrapheneBeaNovelMaterialforPerovskiteSolarCellApplications?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,以及石墨烯在未來光伏市場商業(yè)化應(yīng)用的前景。
?圖1a)2009年至2016年鈣鈦礦太陽能電池(以下簡稱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2a)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)鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用的不同鈣鈦礦材料的容差因子。
?圖3PSC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)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
?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5a)在石墨烯上不同厚度的MoO3HTM的平均器件性能。b)在原始石墨烯表面和c)2nmMoO3/石墨烯表面上使用PEDOT:PSS進(jìn)行接觸角測量。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MoO3HTM前后石墨烯表面的功函數(shù)(從UPS光譜中提?。?/p>
?圖6測得的石墨烯-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。