氧化石墨烯作空穴导体的高效平面异质结钙钛矿太阳能电池研究

"这篇研究论文探讨了使用氧化石墨烯作为空穴导体在平面异质结钙钛矿太阳能电池中的应用。通过采用氧化石墨烯，构建了反向平面异质结结构的钙钛矿太阳能电池，其中以CH3NH3PbI3-xClx作为吸光层，实现了超过12%的效率。氧化石墨烯能够促进钙钛矿薄膜的结晶化，提高表面覆盖率，并使得(110)晶面倾向于平面对齐，从而有效实现从钙钛矿到氧化石墨烯的高效空穴提取。" 在太阳能电池领域，溶液法制备的太阳能电池因其成本效益和大规模、柔性应用的优势，相比传统的晶体硅光伏技术更具吸引力。有机太阳能电池（OPV）和染料敏化太阳能电池（DSSC）是这一领域的两个重要代表，经过大量的研究努力，这两类电池的功率转换效率（PCE）已超过10%。 近年来，钙钛矿太阳能电池因其卓越的光电性能和简单的制备工艺，成为光伏研究的热点。平面异质结结构是钙钛矿太阳能电池的一种常见设计，其中空穴导体是关键组件，它负责收集从吸光层产生的空穴并传输到外部电路。在这项研究中，氧化石墨烯被选为空穴导体，替代了传统的 Spiro-OMeTAD 或其他高成本的有机材料。 氧化石墨烯的引入带来了一些显著的优点。首先，氧化石墨烯能促进钙钛矿薄膜更好的结晶，这有助于提高电池的光电性能，因为结晶度较高的钙钛矿材料具有更佳的电荷分离和传输能力。其次，氧化石墨烯与钙钛矿薄膜之间的界面接触优良，表面覆盖率高，这有助于减少电荷复合，提高电池效率。最后，(110)晶面的优选取向可能有利于空穴在平面内的迁移，进一步优化了电荷提取过程。 实验结果表明，采用氧化石墨烯作为空穴导体的钙钛矿太阳能电池实现了高效的电荷收集，证明了氧化石墨烯在这一领域的潜力。这种创新的电池设计不仅提高了效率，而且由于氧化石墨烯的可溶液加工性和相对较低的成本，有可能推动钙钛矿太阳能电池的商业化进程。 此外，这项工作还强调了对新型导电材料的研究对于提升太阳能电池性能的重要性，以及对界面性质和结晶结构控制的精细调控对于优化电池器件性能的关键作用。未来的研究可能会进一步探索氧化石墨烯的改性，以提高其电荷传输性能，或者寻找其他类似的二维材料，以实现更高效率和稳定性的钙钛矿太阳能电池。