提升全無機鈣鈦礦充電機充電太陽能蓄電池性能的超薄MoOx陰極緩沖層材料是個什么東東？
2017-10-8 13:10:28??????點擊：
【導言】
在短短的七年時刻內(nèi)，根據(jù)有機-無機雜化的充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池的能量變換功率由3.8%提升至22.1%1-3，表現(xiàn)出巨大的商業(yè)潛力。可是，資料及器材中有機資料的運用，大大下降了充電機充電蓄電池器材的熱安穩(wěn)性，進而約束了其進一步的展開。
【成果簡介】
9月11號，Nano Energy在線宣布了題為“Ultra-thin MoOx as cathode buffer layer for the improvement of all-inorganic CsPbIBr2 perovskite solar cells”的研討論文，通訊作者為暨南大學新能源技能研討院的范建東教授及麥耀華教授。
【本文亮點】
本文開發(fā)了一種經(jīng)過“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備高細密、高溴含量的CsPbIBr2無機鈣鈦礦薄膜，并制備了結(jié)構(gòu)為(FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au)的全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材。在本文中，超薄MoOx薄膜經(jīng)氮氣環(huán)境中高溫退火后表現(xiàn)出低功函的n型半導體資料特性，將其作為陰極緩沖層可以有用的下降肖特基勢壘、觸摸電阻和界面缺點，進而器材功率也由1.3%提升至5.52%。此外，該結(jié)構(gòu)的全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池表現(xiàn)出優(yōu)異的熱安穩(wěn)性。
【圖文導讀】
圖. “安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜
將CsPbIBr2前驅(qū)液旋涂于以NiOx作為空穴傳輸層的基片上，隨后將其在30℃的熱臺上進行放置，跟著時刻的推移，薄膜的顏色逐漸由無色轉(zhuǎn)變?yōu)槌赛S色（圖a1），即生成“安穩(wěn)過渡相薄膜”。繼而將熱臺溫度升至160℃，烘干溶劑并促進薄膜的進一步結(jié)晶（圖a2）。
(a)“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜流程示意圖
(b)“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜結(jié)晶動力學進程示意圖
(c)“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜XRD演化進程
CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜及無電子傳輸層器材功能表征
制備的CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜具有均勻、細密等特色，而且無顯著的相別離。因為存在較強的肖特基勢壘，無電子傳輸層充電機充電蓄電池器材表現(xiàn)出較差的光伏功能。
(a) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表SEM圖
(b) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表EDS-Mapping圖
(c) FTO/NiOx/CsPbIBr2/Au無電子傳輸層器材I-V測驗曲線
(d) CsPbIBr2/Au肖特基勢壘示意圖
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材能帶擺放
CsPbIBr2在器材內(nèi)基本為貫穿膜，表現(xiàn)出杰出的結(jié)晶功能；低功函MoOx與CsPbIBr2鈣鈦礦資料形成杰出的能帶陣列，有利于電子的萃取。
(a) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材截面SEM圖
(b,c) CsPbIBr2及MoOx的UPS測驗的結(jié)合能曲線
(d) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材能帶擺放
(e,f) MoOx關(guān)于CsPbIBr2薄膜的電子萃取效果
MoOx陰極緩沖層下降薄膜觸摸電阻效果
MoOx掩蓋在CsPbIBr2薄膜外表，下降了薄膜的粗糙度，而且顯著的改進了薄膜外表的浸潤性，然后有利于更好的電極觸摸。
(a) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表AFM圖
(b) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表AFM圖
(c) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表水觸摸角測驗
(d) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表水觸摸角測驗
(e) 暗電流測驗
不同MoOx厚度下器材載流子傳輸?shù)氖疽鈭D
過薄的MoOx緩沖層不能有用的下降肖特基勢壘，過厚的MoOx緩沖層有可能導致電子傳輸電阻增加。
(a) 無陰極緩沖層MoOx時
(b) 適宜厚度的陰極緩沖層MoOx
(c) 過厚的陰極緩沖層MoOx時
不同MoOx厚度下器材功能測驗
當oOx陰極緩沖層的厚度為4nm時，到達5.52%最高的能量變換功率。
(a) 不同MoOx厚度下器材功能計算
(b) 增加陰極緩沖層MoOx前后EQE比照
(c) 最高器材I-V測驗曲線
(d) 對應的安穩(wěn)功率輸出
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材熱安穩(wěn)性測驗
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材在160℃下，氮氣環(huán)境中及空氣中表現(xiàn)出杰出的熱安穩(wěn)性。在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的保存安穩(wěn)性。
(a) 氮氣環(huán)境內(nèi)，160℃加熱60min
(b) 大氣環(huán)境內(nèi)，160℃加熱90min
(c) 氮氣環(huán)境內(nèi)，保存150天
(d) 大氣環(huán)境內(nèi)，保存20天
【展望】
該作業(yè)供給了一種制備高溴含量的無機鈣鈦礦薄膜新方法。研討標明，超薄低功函數(shù)n型半導體薄膜MoOx可用作陰極緩沖層資料，并可以有用的下降肖特基勢壘高度。所制備的全無機充電機充電蓄電池器材表現(xiàn)出優(yōu)異的熱安穩(wěn)性，可滿意充電機充電蓄電池器材在高溫下運用的需求。現(xiàn)在，該類充電機充電蓄電池器材功率受限的主要原因在于空穴傳輸資料與鈣鈦礦之間的價帶頂能級差較大，導致器材Voc受限。因而，未來展開的作業(yè)將集中在尋覓能帶更為匹配的空穴傳輸資料，或許對現(xiàn)有的空穴傳輸資料NiOx進行陽極潤飾，以期獲得更高的器材Voc。
在短短的七年時刻內(nèi)，根據(jù)有機-無機雜化的充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池的能量變換功率由3.8%提升至22.1%1-3，表現(xiàn)出巨大的商業(yè)潛力。可是，資料及器材中有機資料的運用，大大下降了充電機充電蓄電池器材的熱安穩(wěn)性，進而約束了其進一步的展開。
【成果簡介】
9月11號，Nano Energy在線宣布了題為“Ultra-thin MoOx as cathode buffer layer for the improvement of all-inorganic CsPbIBr2 perovskite solar cells”的研討論文，通訊作者為暨南大學新能源技能研討院的范建東教授及麥耀華教授。
【本文亮點】
本文開發(fā)了一種經(jīng)過“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備高細密、高溴含量的CsPbIBr2無機鈣鈦礦薄膜，并制備了結(jié)構(gòu)為(FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au)的全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材。在本文中，超薄MoOx薄膜經(jīng)氮氣環(huán)境中高溫退火后表現(xiàn)出低功函的n型半導體資料特性，將其作為陰極緩沖層可以有用的下降肖特基勢壘、觸摸電阻和界面缺點，進而器材功率也由1.3%提升至5.52%。此外，該結(jié)構(gòu)的全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池表現(xiàn)出優(yōu)異的熱安穩(wěn)性。
【圖文導讀】
圖. “安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜
將CsPbIBr2前驅(qū)液旋涂于以NiOx作為空穴傳輸層的基片上，隨后將其在30℃的熱臺上進行放置，跟著時刻的推移，薄膜的顏色逐漸由無色轉(zhuǎn)變?yōu)槌赛S色（圖a1），即生成“安穩(wěn)過渡相薄膜”。繼而將熱臺溫度升至160℃，烘干溶劑并促進薄膜的進一步結(jié)晶（圖a2）。
(a)“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜流程示意圖
(b)“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜結(jié)晶動力學進程示意圖
(c)“安穩(wěn)過渡相薄膜”制備CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜XRD演化進程
CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜及無電子傳輸層器材功能表征
制備的CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜具有均勻、細密等特色，而且無顯著的相別離。因為存在較強的肖特基勢壘，無電子傳輸層充電機充電蓄電池器材表現(xiàn)出較差的光伏功能。
(a) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表SEM圖
(b) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表EDS-Mapping圖
(c) FTO/NiOx/CsPbIBr2/Au無電子傳輸層器材I-V測驗曲線
(d) CsPbIBr2/Au肖特基勢壘示意圖
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材能帶擺放
CsPbIBr2在器材內(nèi)基本為貫穿膜，表現(xiàn)出杰出的結(jié)晶功能；低功函MoOx與CsPbIBr2鈣鈦礦資料形成杰出的能帶陣列，有利于電子的萃取。
(a) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材截面SEM圖
(b,c) CsPbIBr2及MoOx的UPS測驗的結(jié)合能曲線
(d) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材能帶擺放
(e,f) MoOx關(guān)于CsPbIBr2薄膜的電子萃取效果
MoOx陰極緩沖層下降薄膜觸摸電阻效果
MoOx掩蓋在CsPbIBr2薄膜外表，下降了薄膜的粗糙度，而且顯著的改進了薄膜外表的浸潤性，然后有利于更好的電極觸摸。
(a) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表AFM圖
(b) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表AFM圖
(c) CsPbIBr2鈣鈦礦薄膜外表水觸摸角測驗
(d) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表水觸摸角測驗
(e) 暗電流測驗
不同MoOx厚度下器材載流子傳輸?shù)氖疽鈭D
過薄的MoOx緩沖層不能有用的下降肖特基勢壘，過厚的MoOx緩沖層有可能導致電子傳輸電阻增加。
(a) 無陰極緩沖層MoOx時
(b) 適宜厚度的陰極緩沖層MoOx
(c) 過厚的陰極緩沖層MoOx時
不同MoOx厚度下器材功能測驗
當oOx陰極緩沖層的厚度為4nm時，到達5.52%最高的能量變換功率。
(a) 不同MoOx厚度下器材功能計算
(b) 增加陰極緩沖層MoOx前后EQE比照
(c) 最高器材I-V測驗曲線
(d) 對應的安穩(wěn)功率輸出
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材熱安穩(wěn)性測驗
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全無機充電機充電鈣鈦礦太陽能蓄電池器材在160℃下，氮氣環(huán)境中及空氣中表現(xiàn)出杰出的熱安穩(wěn)性。在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的保存安穩(wěn)性。
(a) 氮氣環(huán)境內(nèi)，160℃加熱60min
(b) 大氣環(huán)境內(nèi)，160℃加熱90min
(c) 氮氣環(huán)境內(nèi)，保存150天
(d) 大氣環(huán)境內(nèi)，保存20天
【展望】
該作業(yè)供給了一種制備高溴含量的無機鈣鈦礦薄膜新方法。研討標明，超薄低功函數(shù)n型半導體薄膜MoOx可用作陰極緩沖層資料，并可以有用的下降肖特基勢壘高度。所制備的全無機充電機充電蓄電池器材表現(xiàn)出優(yōu)異的熱安穩(wěn)性，可滿意充電機充電蓄電池器材在高溫下運用的需求。現(xiàn)在，該類充電機充電蓄電池器材功率受限的主要原因在于空穴傳輸資料與鈣鈦礦之間的價帶頂能級差較大，導致器材Voc受限。因而，未來展開的作業(yè)將集中在尋覓能帶更為匹配的空穴傳輸資料，或許對現(xiàn)有的空穴傳輸資料NiOx進行陽極潤飾，以期獲得更高的器材Voc。
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