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中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Benlin He和Qunwei Tang等--自組裝的CuS-MXene實現(xiàn)全無機三溴化鈣鈦礦太陽能電池效率為10.51%

界面電荷提取和傳輸?shù)木_管理對提高鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的光伏性能起著決定性的作用。在此，一種通過分子自組裝原位合成的CuS-MXene復(fù)合物被有效地用作全無機CsPbBr3 PSCs的空穴萃取劑。理論和實驗結(jié)果表明，由于MXene官能團(tuán)中的部分電子自發(fā)轉(zhuǎn)移到CuS中，實現(xiàn)了MXene的p型摻雜和電荷的降低，從而提高了界面能級匹配和助推空穴的提取和轉(zhuǎn)移。同時，由于CsPbBr₃和CuS之間形成Pb-S鍵，建立了CsPbBr₃/CuS/MXene界面橋，實現(xiàn)了快速空穴傳輸和良好的界面接觸。Pb-S鍵和MXene的電子給體基團(tuán)進(jìn)一步鈍化了鈣鈦礦表面的阱態(tài)，從根本上減少了界面電荷復(fù)合。最后，使用CuS-MXene定制的無封裝CsPbBr₃ PSCs實現(xiàn)了最高10.51%的功率轉(zhuǎn)換效率和長期的濕度或溫度耐受性，在空氣中30天的效率保持率達(dá)到90%或以上。

圖1. (a) CuS-MXene合成工藝流程圖及(a1)多層MXene、(a2)片狀MXene、(a3)片狀CuS-MXene的SEM圖像。(b) MXene和CuS-MXene的XRD譜圖。(c) MXene、CuS和CuS - MXene的紫外-可見吸收光譜。(d) MXene和(e) CuS-MXene的TEM和HRTEM圖像。(f) AFM圖像和MXene(上)和CuS-MXene(下)的高度輪廓。

圖2. MXene和CuS-MXene的高分辨XPS光譜(a) Ti 2p， (b) O 1s和(c) c 1s。(d) MXene中空穴定位和CuS-MXene中空穴離域示意圖。(e) CuS-MXene異質(zhì)結(jié)的電荷密度差。計算得到(f) MXene和(g) CuS-MXene的功函數(shù)。

圖3. (a)器件CsPbBr₃/ CuS-MXene接口的載流子傳輸機制。(b)各器件在黑暗環(huán)境下的Mott-Schottky曲線。(c) CuS、CsPbBr₃和CsPbBr₃/CuS的FT-IR光譜。(d) CsPbBr₃、CsPbBr₃/CuS、CsPbBr₃/MXene和CsPbBr₃/CuS - MXene的Pb 4f高分辨率XPS光譜。(e) CuS-MXene與CsPbBr₃的功能示意圖。

圖4. (a)基于CuS-mxene的全無機CsPbBr3 PSCs示意圖。(b) CsPbBr3/CuS-MXene薄膜的EDS元素映射圖像。(c) J-V曲線，(d)穩(wěn)態(tài)粉末輸出曲線和(e)各種PSCs的IPCE光譜。(f)有和沒有HTMs的FTO/CsPbBr₃/的PL和(g) TRPL光譜。(h) VOC對光強度的依賴性和(i)各種PSCs的深色J-V曲線。

圖5. (a)各種CsPbBr₃ PSCs在25℃、85% RH的空氣環(huán)境中無封裝的長期穩(wěn)定性。(b)的接觸角CsPbBr₃、CsPbBr₃/MXene和CsPbBr₃/CuS-MXene薄膜。(c)各種CsPbBr₃ PSCs的SEM橫截面圖。

相關(guān)科研成果中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Benlin He和Qunwei Tang等人于2023年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/d3ta04992b）上。原文：A self-assembled CuS–MXene bridge for holeboosting 10.51%-efficiency all-inorganic tribrominated perovskite solar cells。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/TA/D3TA04992B

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號



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