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青島能源所石墨炔摻雜提升鈣鈦礦電池性能研究獲進(jìn)展 作為新一代太陽(yáng)能電池的代表，鈣鈦礦電池發(fā)展迅猛。器件界面性質(zhì)對(duì)鈣鈦礦電池性能影響很大，顯著影響著其載流子抽提和器件效率。目前鈣鈦礦電池器件性能的進(jìn)一步提升，部分受限于界面層的形貌和載流子輸運(yùn)能力。 近期，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員酒同鋼帶領(lǐng)的碳基能源轉(zhuǎn)換材料研究組，將石墨炔摻雜進(jìn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的雙層電子傳輸層中，有效地提高了電子傳輸層的電導(dǎo)，進(jìn)而提升了鈣鈦礦電池的器件性能，獲得了20%的光電轉(zhuǎn)換效率。研究表明，雙層摻雜石墨炔改善了界面材料薄膜形態(tài)，由于石墨炔強(qiáng)的π-π共軛結(jié)構(gòu)與PCBM及ZnO之間的相互作用，PCBM和ZnO界面層的電子傳輸性能得到了極大提升。阻抗測(cè)試表明，石墨炔的雙層摻雜降低了電荷在界面處的復(fù)合，使得器件填充因子明顯提高，從而提升了器件光電轉(zhuǎn)換效率。電容-電壓曲線表明，石墨炔獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)、極強(qiáng)的電子傳輸能力使得界面處的電荷積累顯著減少，明顯改善了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池常見(jiàn)的遲滯效應(yīng)。新型碳材料石墨炔的引入有效提高了鈣鈦礦電池的性能，為石墨炔應(yīng)用開(kāi)發(fā)以及鈣鈦礦電池器件研究提供了新思路。  圖1.(a)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)示意圖；(b)，石墨炔化學(xué)結(jié)構(gòu)及其電子傳輸示意圖；(c)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池電流-電壓曲線；(d)，電池在不同掃描方向的器件行為。  圖2. (a)，電池阻抗曲線；(b)，電池在不同偏壓下的電子壽命；(c)，電池在不同偏壓下的電容；(d)，石墨炔器件作用機(jī)理圖。 相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Energy上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、山東省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、青島能源所啟動(dòng)基金的資助。 |
