中大吳武強(qiáng)組ACS Nano：提高二維鈣鈦礦覆蓋層的導(dǎo)電性，以實(shí)現(xiàn)高性能無(wú)空穴傳輸層的3D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦光伏器件發(fā)表時(shí)間：2025-02-10 10:45
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）作為低成本、高效率的光伏技術(shù)代表，其性能的持續(xù)提升一直是科研領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。構(gòu)建三維（3D）/二維（2D）鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)已被證實(shí)為提升PSCs效率和穩(wěn)定性的有效策略。然而，2D鈣鈦礦覆蓋層的導(dǎo)電性較差及其與3D鈣鈦礦層能級(jí)不匹配的問(wèn)題限制了器件性能的進(jìn)一步提高。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院吳武強(qiáng)教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)重要突破。 吳武強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單而高效的化學(xué)協(xié)同修飾策略，該策略巧妙地結(jié)合了無(wú)機(jī)高價(jià)態(tài)鈮離子（Nb5+）金屬摻雜劑和有機(jī)銨鹵化物鹽，成功地在底層3D鈣鈦礦層上原位生長(zhǎng)出高質(zhì)量的2D鈣鈦礦覆蓋層。這一創(chuàng)新方法不僅顯著提升了2D鈣鈦礦覆蓋層的導(dǎo)電性，增幅達(dá)到43%-60%，還顯著降低了3D與2D鈣鈦礦層之間的能量勢(shì)壘，同時(shí)增強(qiáng)了3D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦堆疊的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度。此外，2D鈣鈦礦覆蓋層還顯著降低了缺陷密度，降幅高達(dá)29%，這一結(jié)果已經(jīng)通過(guò)空間電荷限制電流（SCLC）測(cè)試得到了充分驗(yàn)證。 由于電荷提取效率的提升和非輻射復(fù)合的有效抑制，基于這種優(yōu)化后的3D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦薄膜的刮涂無(wú)空穴傳輸層PSCs實(shí)現(xiàn)了高達(dá)23.2%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），這一效率相比對(duì)照器件（19.5%）提升了約19個(gè)百分點(diǎn)。這一成果不僅展示了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)高性能PSCs的潛力，還通過(guò)可擴(kuò)展制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了成本效益的提升。更重要的是，改性后的3D/2D鈣鈦礦基器件還展現(xiàn)出了更高的運(yùn)行穩(wěn)定性。我們的策略有效地利用了2D鈣鈦礦的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)成功地緩解了其缺點(diǎn)，為設(shè)計(jì)更**的3D/2D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了有見(jiàn)地的視角。這一研究成果不僅為構(gòu)建更高效、更穩(wěn)定的鈣鈦礦基光電器件提供了一條切實(shí)可行的途徑，也為推動(dòng)未來(lái)光伏技術(shù)的持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
文獻(xiàn)信息：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c11785?fig=agr1&ref=pdf
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