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近年來(lái)，基于CsPbBr3吸光層的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦充電機(jī)充電太陽(yáng)能蓄電池（PSC）由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和低成本得到了研究者的密切關(guān)注，其光電轉(zhuǎn)換效率也持續(xù)走高，不斷刷新紀(jì)錄。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)PSC器件的電荷提取能力對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的提升具有關(guān)鍵作用。經(jīng)典無(wú)機(jī)PSC器件采用CsPbBr3薄膜為吸光層，其價(jià)帶能級(jí)為-5.6 eV，與碳電極的功函數(shù)-5.0 eV產(chǎn)生的0.6 eV的能量差致使電荷提取困難并限制光伏性能的提升。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效電荷提取是全無(wú)機(jī)PSC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

【成果簡(jiǎn)介】
近日，暨南大學(xué)新能源技術(shù)研究院唐群委教授（通訊作者）設(shè)計(jì)了一種PtNi合金調(diào)控碳背電極功函數(shù)的全無(wú)機(jī)PSC器件，利用PtNi合金摻雜比例調(diào)控背電極功函數(shù)與CsPbBr3價(jià)帶能級(jí)的匹配度，有效提高了電子-空穴的分離效率，并最終獲得了7.85%的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，器件在25℃的室溫和80%的相對(duì)濕度下保存20余天，光伏性能仍能保持穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)控背電極功函數(shù)改善電荷提取為極大提升無(wú)機(jī)PSC的光電轉(zhuǎn)換效率提供了新的思路。相關(guān)成果以“Alloy-Controlled Work Function for Enhanced Charge Extraction in All-Inorganic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells”為標(biāo)題發(fā)表在ChemSusChem雜志上。

【圖文簡(jiǎn)介】

圖1.全無(wú)機(jī)PSC的器件結(jié)構(gòu)和PtNi合金的形貌
(a) 全無(wú)機(jī)PSC的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
(b) 全無(wú)機(jī)PSC的SEM斷面圖。
(c) 無(wú)機(jī)CsPbBr3的晶體結(jié)構(gòu)。
(d)-(e) PtNi合金的形貌。

全無(wú)機(jī)PSC器件的光伏性能及PtNi合金的
功函數(shù)
(a) 不同PtNi合金修飾的全無(wú)機(jī)PSC器件的J-V曲線。
(b) 全無(wú)機(jī)PSC的IPCE圖譜。
(c)-(f) PtNi合金摻雜碳電極的功函數(shù)圖譜。
(g) 全無(wú)機(jī)PSC的能級(jí)結(jié)構(gòu)和電荷傳輸示意圖。

全無(wú)機(jī)PSC的電荷提取性能
(a)-(b) 全無(wú)機(jī)PSC器件的復(fù)合電流和復(fù)合電壓。
(c) 充電機(jī)充電電池器件的PL圖譜。
(d) 充電機(jī)充電電池器件的瞬態(tài)熒光光譜。

 充電機(jī)充電電池性能及穩(wěn)定性
(a) 碳量子點(diǎn)界面修飾的全無(wú)機(jī)PSC的J-V曲線。
(b) 碳量子點(diǎn)界面修飾的全無(wú)機(jī)PSC的IPCE。
(c) 全無(wú)機(jī)PSC的20天穩(wěn)定性（80% RH, 25oC）。

【小結(jié)】
研究人員利用合金調(diào)控碳背電極的功函數(shù)改善了全無(wú)機(jī)PSC器件的電子-空穴提取過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化能級(jí)結(jié)構(gòu)，獲得了7.85%的光電轉(zhuǎn)換效率，并探討不同合金比例對(duì)充電機(jī)充電電池性能的影響。這項(xiàng)工作對(duì)于進(jìn)一步調(diào)高電荷提取能力提供了新思路。