青岛能源所石墨炔掺杂提升钙钛矿电池性能研究获进展

石墨烯作为继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后的一种新型全碳纳米结构材料，因其丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽的表面间距和优异的化学稳定性而被称为“最稳定的合成二烯碳同素异形体”。石墨烯独特的结构特征使其与无机纳米粒子、有机聚合物、染料分子等相互作用或结合，表现出独特的电子转移增强特性，在信息技术、储能、光电、催化、生物和医学领域具有重要的应用前景。钙钛矿电池作为新一代太阳能电池的代表，发展迅速。器件的界面财产对钙钛矿电池的性能有很大的影响，对其载流子提取和器件效率有很大影响。目前，钙钛矿电池器件性能的进一步提高在一定程度上受到界面层形态和载流子传输能力的限制。近日，由中国科学院青岛生物能源与工艺研究所研究员酒同刚领导的碳基能量转换材料研究小组将石墨炔掺杂到钙钛矿太阳能电池的双层电子传输层中，有效提高了电子传输层的电导率，并进一步提高了钙钛矿电池的器件性能，实现了20%的光电转换效率。结果表明，石墨烯的双层掺杂改善了界面材料的膜形态，由于石墨烯的强π-π共轭结构与PCBM和ZnO之间的相互作用，PCBM与ZnO之间界面层的电子传输性能大大提高。阻抗测试表明，石墨烯的双层掺杂减少了界面电荷的复合，显著提高了器件的填充因子，从而提高了器件光电转换效率。电容-电压曲线表明，石墨烯独特的化学结构和强大的电子传输能力显著减少了界面处的电荷积累，并明显改善了钙钛矿太阳能电池的常见磁滞效应。石墨烯这种新型碳材料的引入，有效地提高了钙钛矿电池的性能，为钙钛矿电池在石墨烯中的应用和发展提供了新思路。相关研究成果发表在《纳米能源》杂志上。该研究得到了国家自然科学基金、山东省重大基础研究项目、中国科学院青年创新促进会和青岛能源学院启动基金的支持。

图1.（a），钙钛矿太阳能电池器件的结构示意图；（b） 石墨炔的化学结构和电子输运示意图；（c） 钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线；（d） 电池在不同扫描方向上的设备行为。

图2。（a） ，电池阻抗曲线；（b） 电池在不同偏置电压下的电子寿命；（c） 电池在不同偏置电压下的电容；

（d） ，石墨炔装置动作机理图。石墨烯作为继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后的一种新型全碳纳米结构材料，因其丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽的表面间距和优异的化学稳定性而被称为“最稳定的合成二烯碳同素异形体”。石墨烯独特的结构特征使其与无机纳米粒子、有机聚合物、染料分子等相互作用或结合，表现出独特的电子转移增强特性，在信息技术、储能、光电、催化、生物和医学领域具有重要的应用前景。钙钛矿电池作为新一代太阳能电池的代表，发展迅速。器件的界面财产对钙钛矿电池的性能有很大的影响，对其载流子提取和器件效率有很大影响。目前，钙钛矿电池器件性能的进一步提高在一定程度上受到界面层形态和载流子传输能力的限制。近日，由中国科学院青岛生物能源与工艺研究所研究员酒同刚领导的碳基能量转换材料研究小组将石墨炔掺杂到钙钛矿太阳能电池的双层电子传输层中，有效提高了电子传输层的电导率，并进一步提高了钙钛矿电池的器件性能，实现了20%的光电转换效率。结果表明，石墨烯的双层掺杂改善了界面材料的膜形态，由于石墨烯的强π-π共轭结构与PCBM和ZnO之间的相互作用，PCBM与ZnO之间界面层的电子传输性能大大提高。阻抗测试表明，石墨烯的双层掺杂减少了界面电荷的复合，显著提高了器件的填充因子，从而提高了器件光电转换效率。电容-电压曲线表明，石墨烯独特的化学结构和强大的电子传输能力显著减少了界面处的电荷积累，并明显改善了钙钛矿太阳能电池的常见磁滞效应。石墨烯这种新型碳材料的引入，有效地提高了钙钛矿电池的性能，为钙钛矿电池在石墨烯中的应用和发展提供了新思路。相关研究成果发表在《纳米能源》杂志上。该研究得到了国家自然科学基金、山东省重大基础研究项目、中国科学院青年创新促进会和青岛能源学院启动基金的支持。

图1.（a），钙钛矿太阳能电池器件的结构示意图；（b） 石墨炔的化学结构和电子输运示意图；（c） 钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线；（d） 电池在不同扫描方向上的设备行为。

图2。（a） ，电池阻抗曲线；（b） 电池在不同偏置电压下的电子寿命；（c） 电池在不同偏置电压下的电容；（d） ，石墨炔装置动作机理图。

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