近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心孫寶云研究員課題組將氧化石墨炔、氮摻雜氧化石墨炔或氟摻雜氧化石墨炔添加到二氧化錫電子傳輸層中，提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性，并利用同步輻射技術(shù)結(jié)合常規(guī)表征手段，探究了石墨炔類材料的作用機(jī)制。此工作發(fā)表在《Nano Today》雜志上。
該工作優(yōu)化了SnO2電子傳輸層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響了鈣鈦礦活性層的結(jié)晶，并發(fā)現(xiàn)不同的石墨炔類材料的影響存在差異，氮摻雜氧化石墨炔賦予了電子傳輸層最佳的導(dǎo)電性和最匹配的能級(jí)，而氟摻雜氧化石墨炔使鈣鈦礦層具有最佳的結(jié)晶度。其中最重要的，是首次通過原位XAFS技術(shù)跟蹤了Pb的配位環(huán)境隨時(shí)間的變化，獲取了電子傳輸層和鈣鈦礦活性層界面的成鍵信息(Pb-F鍵)，證實(shí)了電子傳輸層和鈣鈦礦活性層之間在界面處的相互作用，為SnO2層對(duì)鈣鈦礦層的影響提供了依據(jù)。進(jìn)一步通過同步輻射原位GIXRD和XRD,監(jiān)測(cè)了SnO2、PbI2和鈣鈦礦的生長(zhǎng)過程，發(fā)現(xiàn)了改性的SnO2與PbI2之間更強(qiáng)的相互作用抑制了鈣鈦礦層中的PbI2結(jié)晶，并為PbI2前驅(qū)體形成鈣鈦礦提供了更多機(jī)會(huì)，這是使鈣鈦礦具有更好的結(jié)晶的重要因素。
該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“石墨炔高效能量轉(zhuǎn)換與催化研究”(2018YFA0703500)的資助，以及北京同步輻射1W1B吸收譜實(shí)驗(yàn)站、1W1A漫散射實(shí)驗(yàn)站、4B9A衍射實(shí)驗(yàn)站和4B7A中能實(shí)驗(yàn)站的支持。
圖1 鈣鈦礦在石墨炔類材料改性的SnO2層上的原位XRD圖和PbI2在氟摻雜氧化石墨炔改性的SnO2上的原位吸收譜圖。
