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钙钛矿太阳能电池以其杰出的能量调动效率，在光伏周围掀起了新的研讨高潮。近几年，钙钛矿电池的光电调动效率慢慢飞升，经过调度钙钛矿成份使其效率已高抵达22%。这类强壮的电池功用首要归功于钙钛矿材料特殊的特征，如低激子分离能、吸取看来光的可调带隙、高吸取系数、特殊是双极性特征。研讨觉察，钙钛矿多晶薄膜的电子、空穴转移率差别较大，特殊关于P型钙钛矿，其空穴转移率远高于电子转移率。当器件在光照时，电子传输肯定存在肯定消耗。建立体异质结是加快激子离开、抬高光生载流子抽取和输运效率的灵验设施。暂时，基于体异质结的有机太阳能电池的运用曾经特殊胜利，然而将体异质结运用于钙钛矿太阳能电池的办事鲜有报导。显然，取舍符合的半导体材料（高的载流子转移率以及符合的能带布局）是建立高功用体异质结的关键。

石墨炔是一种sp和sp2杂化的π共轭体制的二维材料，其特殊的碳布局给予了材料新的内在，囊括丰盛的碳化学键、大的共轭体制、宽面间距、精良的物理化学平静性安宁面内平匀散布的孔洞布局，展现出n型半导体特征，且占有恰当的带隙、理论上高的电子态密度及卓越的疏水性。

不日，物理所李冬梅、孟庆波传授团结北化所李玉良院士（共通通信做家）在钙钛矿太阳能电池敞开合营，经过反溶剂法一步将石墨炔引入FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3钙钛矿层，建立了石墨炔/钙钛矿（GDY/PVSK）体异质结薄膜。实验表明，钙钛矿/石墨炔体异质结的引入为光生载流子供应了一个额外的传输通道，增进了激子离开并抬高光生电子的抽取手腕，使得电子传输手腕获患有进一步改正，电池获患有更高的短路电流。另一方面，石墨炔的引入钝化了晶界和界面，灵验地抵制了光生载流子的复合，获患有相对较高的填充因子。钙钛矿电池的光电调动效率（PCE）抵达了20.54%。其它，基于石墨炔/钙钛矿体相异质结的钙钛矿薄膜的耐湿性得到显然改正，器件展现出卓越的平静性。这项办事经过建立体相异质结来加快激子离开和光生电子输运，不只有益于提高器件功用，同时也抬高了器件平静性，为制备高效、平静的钙钛矿太阳能电池供应了一种新法子。该研讨成就以题为“Graphdiyne-BasedBulkHeterojunctionforEffcientandMoisture-StablePlanarPerovskiteSolarCells”宣布在国际闻名期刊Adv.EnergyMater.上。

图一：基于GDY/PVSK薄膜材料功用表征

(a)GDY-DMF(2mg/mL)溶液的拉曼光谱以及紫外吸取光谱（插图）；

(b)不同比例GYD的钙钛矿薄膜紫外看来光光谱；

(c)不同比例GDY的钙钛矿薄膜时候分辩荧光光谱及稳态荧光光谱（插图）；

(d)单电子的暗电压-电流弧线及安设（插图）（n=1为欧姆区，n=2为SCLC区，中心为圈套填充束缚地域）

首先，做家将不同量石墨炔（0，0.1，0.2，0.5，2.0mg/mL）散开在DMF中（拉曼和紫外），而后经过反溶剂法一步引入到FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3钙钛矿层中。一共搀杂石墨炔的钙钛矿薄膜紫外吸取基真不异。时候分辩荧光光谱及稳态荧光光谱显示跟着GDY的参加有益于界面上光生载流子抽取。将不同材料修建器件觉察GDY能显然抬高导电性，电子转移率也显著抬高。

图二：GDY/PVSK薄膜布局表征及办事旨趣图

(a)石墨炔的UPS光谱；

(b)石墨炔的XPS光谱；

(c)钙钛矿薄膜的UPS光谱以及分离能强度（插图）；

(d)GDY/PVSK复合材料的分离能强度改变；

(e)PVSK/GDY体异质结的能带布局办事旨趣示妄念；

(f)GDY/PVSK体异质结在钙钛矿层中的光生载流子运送进程。

经过UPS表征阐明了GDY和钙钛矿之间的能带布局，进一步实验觉察钙钛矿薄膜与搀杂GDY的钙钛矿薄膜在HOMO无显然差别，提议了GDY/PVSK体异质结模子，揭穿了材料的办事旨趣。

图三：不同GDY搀杂的器件的表征及功用测试

(a)器件布局；

(b)GDY/PVSK体异质结太阳能电池的横截面SEM图；

(c)不同比例GDY的电流-电压密度弧线以及光电调动效率统计学散布（插图）；

(e)不同比例GDY在最大光电调动效率处丈量的稳态输出；

(f)不同比例GDY太阳能电池的IPCE光谱；

(e)不同比例GDY太阳能电池在暗场中的瞬态光电流。

将不同的薄膜材料修建成太阳能电池，经过SEM表征不同膜的厚度。测试搀杂不同GDY含量的太阳能电池功用觉察，跟着GDY量的增添，PVSK/GDY体异质结产生了高载流子转移率和强的电子抽取手腕。实验显示恰当增加石墨炔也许灵验的钝化晶面和界面，抵制光生载流子的复合，得到更高的FF，其光电调动效率高达20.54%。

图四：不同GDY搀杂的器件性质及奈奎斯特图

(a)不同比例GDY太阳能电池在暗场中的瞬态光电压；

(b)不同比例GDY太阳能电池在暗场中奈奎斯特图。

当器件中参加GDY/PVSK体异质结时，理当在光生载流子抽取/运送手腕和重组进程之间举办掂量，以抵达最好的电池功用。

图五：GDY/PVSK耐湿实验

(a)20℃，80%湿度前提下的光电调动效率相比图；

(b)从0-84小时，80%湿度前提下GDY/PVSK薄膜的XRD图；

(c)(b)图中13.8度到14.2度的强调图；

(d)60℃，60%前提下，有无石墨炔搀杂的钙钛矿薄膜XRD相比；

(e)湿度实验时，不同实验组PbI2相()晶格平面与钙钛矿相()晶格平面峰值强度比随时候的改变趋向；

(f)不同材料室温下敞口安置天平静性相比。

湿稳实验觉察，材料在80%湿度前提下仍能维持较好的光电调动效率，XRD图显示由于GDY的存在以及其疏水性，搀杂GDY的钙钛矿薄膜水份降解速率较低，使得材料在露天安置天时仍保存95%光电调动效率。

经过胜利的将石墨炔引入到钙钛矿薄膜FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3中，做家胜利制备了一种新式的平面钙钛矿太阳能电池。由于GDY杰出的载流子转移率，这类新式的太阳能电池的光生载流子抽取和电子转移率大大增添，具备较高的短路电流。就GDY的半导体特征和钙钛矿的能带布局而言，做家还提议了石墨炔/钙钛矿体异质结，其也许经过漂移和散布力来加快光生载流子抽取和运送，进而大大抬高了JSC。同时，实验显示恰当增加石墨炔也许灵验的钝化晶面和界面，抵制光生载流子的复合，得到更高的FF，其光电调动效率高达20.54%。进一步实验说明，石墨炔的引入也许大大坚固钙钛矿薄膜和器件的湿稳性，在长达天的敞口安置仍能维持95%的光电调动效率。

文件链接：Graphdiyne-BasedBulkHeterojunctionforEffcientandMoisture-StablePlanarPerovskiteSolarCells(Adv.EnergyMater.,8,)

本文由材料人纳米组大兵哥供稿，材料牛整顿编纂。

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