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中國海洋大學 Benlin He和山東科技大學Qunwei Tang課題組--自組裝CuS-MXene橋，用于空穴增強10.51%效率全無機三溴鈣鈦礦太陽能電池

界面電荷提取和傳輸的精確管理對于提高鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的光伏性能起著決定性作用。在此，通過分子自組裝原位合成的 CuS-MXene 復合材料被有效地用作全無機 CsPbBr₃ PSC 的空穴提取器。理論和實驗結果表明，由于 MXene 官能團中的部分電子自發轉移到 CuS，實現了 MXene 的 p 型摻雜和減少的電荷局域化，從而改善了界面能級匹配并促進了空穴的提取和轉移。同時，由于CsPbBr₃和CuS之間形成了Pb-S鍵，因此建立了CsPbBr₃ / CuS / MXene的界面橋，以實現快速空穴傳輸和良好的界面接觸，該鍵與MXene的電子供體基團一起進一步鈍化了陷阱態在鈣鈦礦表面上，以大大減少界面電荷復合。最后，采用 CuS-MXene 定制的無封裝 CsPbBr₃ PSC 實現了高達 10.51% 的冠軍功率轉換效率，并且在空氣中 30 天的長期濕度或溫度耐受性具有 90% 或以上的效率保持率。

Fig 1. (a) CuS-MXene 的合成流程圖以及 (a1) 多層 MXene、(a2) 片狀 MXene 和 (a3) 片狀 CuS-MXene 的 SEM 圖像。 (b) MXene 和 CuS-MXene 的 XRD 圖案。 (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 圖像以及 MXene（頂部）和 CuS-MXene（底部）的高度剖面。

Fig 2. MXene 和 CuS-MXene 的 (a) Ti 2p、(b) O 1s 和 (c) C 1s 的高分辨率 XPS 光譜。 (d) MXene 中的空穴局域化和 CuS-MXene 中的離域化示意圖。 (e) CuS-MXene 異質結的電荷密度差。 (f) MXene 和 (g) CuS-MXene 的計算功函數。

Fig 3. (a) 器件 CsPbBr₃/CuS-MXene 接口處的載流子傳輸機制。 (b) 各種器件在黑暗中的莫特-肖特基曲線。 (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 和 CsPbBr₃ 之間的作用示意圖。

Fig 4. (a) CuS-MXene 基全無機 CsPbBr₃ PSC 的示意圖。 (b) CsPbBr₃/CuS-MXene 薄膜的 EDS 元素映射圖像。 (c) 各種 PSC 的 J-V 曲線、(d) 穩定粉末輸出曲線和 (e) IPCE 譜。 FTO/CsPbBr₃/有和沒有 HTM 的 (f) PL 和 (g) TRPL 光譜。 (h) VOC 對光強度的依賴性和 (i) 各種 PSC 的暗 J-V 曲線。

Fig 5. (a) 各種無封裝的 CsPbBr₃ PSC 在 25℃、85% RH 的空氣環境中的長期穩定性。 (b) CsPbBr₃、CsPbBr₃/MXene 和 CsPbBr₃/CuS-MXene 薄膜的接觸角。 (c) 各種 CsPbBr₃ PSC 的橫截面 SEM 圖像。

相關研究工作由中國海洋大學 Benlin He和山東科技大學Qunwei Tang課題組于2023年聯合在線發表《Journal of Materials Chemistry A》期刊上，原文：A self-assembled CuS–MXene bridge for hole-boosting 10.51%-efficiency all-inorganic tri-brominated perovskite solar cells。

https://doi.org/10.1039/D3TA04992B

轉自《石墨烯研究》公眾號



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