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近日,我院周航课题组(https://zhouapril.com/)在能源材料领域期刊《Advanced Energy Materials》(IF=29.698)上发表了题为“Enhanced Efficiency and Stability of n-i-p Perovskite Solar Cells by Incorporation of Fluorinated Graphene in the Spiro-OMeTAD Hole Transport Layer”的研究论文(DOI: 10.1002/aenm.202201344)。该工作提出将氟化石墨烯 (Fluorinated Graphene,FG) 作为有机空穴传输层材料Spiro-OMeTAD的多功能P型添加剂,所制备的器件光电转换效率和开路电压分别达到23.14%和1.226,这是迄今为止该体系报道的最高效率值和最高开路电压值之一。

钙钛矿电池的稳定性与效率是其实现产业化的两个关键因素。对于n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池,置于顶部的p型层对钙钛矿电池的效率及稳定性影响较大。目前,已有多种空穴传输材料(HTL)应用于n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池中,其中Spiro-OMeTAD因其能级与钙钛矿光伏材料匹配而被频繁应用于高效率电池中。初始的Spiro-OMeTAD薄膜存在许多不足,例如导电性低、稳定性差等。使用双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(Li-TFSI)等p型掺杂剂可以增加Spiro-OMeTAD的导电性、空穴迁移率。然而,Li-TFSI 容易潮解和团聚,从而导致降解 HTL 和钙钛矿薄膜的降解。此外,Li-TFSI中的Li+迁移也是是的电池电学特性曲线在正向/反向扫描过程中会产生回滞现象的原因之一。因此,添加 Li-TFSi 虽然可以有效提升HTL的电学性能,同时也会加速水分、氧气向钙钛矿层的渗透,不利于太阳能电池的稳定性。



该工作验证了氟化石墨烯添加剂可以有效改善 Li-TFSI掺杂的Spiro-OMeTAD的电导率和疏水性,所制备的PSC 效率和稳定性都得到了显著提高。采用FG添加剂的电池器件的光电转换效率达到21.92%,比原器件提高了11.8%。FG不仅提高了Spiro-OMeTAD的空穴迁移率,还有效地抑制了Spiro-OMeTAD中锂离子的扩散迁移,减少了正/反向扫描过程中电流-电压曲线的回滞。最后,通过增加2D钙钛矿界面层与HTL实现更加匹配的能带,电池的最高PCE和Voc分别达到23.14%和1.226 V。

该工作由周航副教授指导完成,北京大学深圳研究生院威尼斯welcome登录入口为第一完成单位,我学院博士生娄强为论文的第一作者,硕士毕业生孙天、博士后杨国深也在工作中做出了重要贡献。这项工作得到了国家自然科学基金、深圳市科技计划项目的资助。

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