青島能源所石墨炔摻雜提升鈣鈦礦電池性能研究獲進展

石墨烯作為繼富勒烯、碳納米管和石墨烯之后的一種新型全碳納米結構材料，因其豐富的碳化學鍵、大的共軛體系、寬的表面間距和優異的化學穩定性而被稱為“最穩定的合成二烯碳同素異形體”。石墨烯獨特的結構特征使其與無機納米粒子、有機聚合物、染料分子等相互作用或結合，表現出獨特的電子轉移增強特性，在信息技術、儲能、光電、催化、生物和醫學領域具有重要的應用前景。鈣鈦礦電池作為新一代太陽能電池的代表，發展迅速。器件的界面財產對鈣鈦礦電池的性能有很大的影響，對其載流子提取和器件效率有很大影響。目前，鈣鈦礦電池器件性能的進一步提高在一定程度上受到界面層形態和載流子傳輸能力的限制。近日，由中國科學院青島生物能源與工藝研究所研究員酒同剛領導的碳基能量轉換材料研究小組將石墨炔摻雜到鈣鈦礦太陽能電池的雙層電子傳輸層中，有效提高了電子傳輸層的電導率，并進一步提高了鈣鈦礦電池的器件性能，實現了20%的光電轉換效率。結果表明，石墨烯的雙層摻雜改善了界面材料的膜形態，由于石墨烯的強π-π共軛結構與PCBM和ZnO之間的相互作用，PCBM與ZnO之間界面層的電子傳輸性能大大提高。阻抗測試表明，石墨烯的雙層摻雜減少了界面電荷的復合，顯著提高了器件的填充因子，從而提高了器件光電轉換效率。電容-電壓曲線表明，石墨烯獨特的化學結構和強大的電子傳輸能力顯著減少了界面處的電荷積累，并明顯改善了鈣鈦礦太陽能電池的常見磁滯效應。石墨烯這種新型碳材料的引入，有效地提高了鈣鈦礦電池的性能，為鈣鈦礦電池在石墨烯中的應用和發展提供了新思路。相關研究成果發表在《納米能源》雜志上。該研究得到了國家自然科學基金、山東省重大基礎研究項目、中國科學院青年創新促進會和青島能源學院啟動基金的支持。

圖1.（a），鈣鈦礦太陽能電池器件的結構示意圖；（b） 石墨炔的化學結構和電子輸運示意圖；（c） 鈣鈦礦太陽能電池的電流-電壓曲線；（d） 電池在不同掃描方向上的設備行為。

圖2。（a） ，電池阻抗曲線；（b） 電池在不同偏置電壓下的電子壽命；（c） 電池在不同偏置電壓下的電容；

（d） ，石墨炔裝置動作機理圖。石墨烯作為繼富勒烯、碳納米管和石墨烯之后的一種新型全碳納米結構材料，因其豐富的碳化學鍵、大的共軛體系、寬的表面間距和優異的化學穩定性而被稱為“最穩定的合成二烯碳同素異形體”。石墨烯獨特的結構特征使其與無機納米粒子、有機聚合物、染料分子等相互作用或結合，表現出獨特的電子轉移增強特性，在信息技術、儲能、光電、催化、生物和醫學領域具有重要的應用前景。鈣鈦礦電池作為新一代太陽能電池的代表，發展迅速。器件的界面財產對鈣鈦礦電池的性能有很大的影響，對其載流子提取和器件效率有很大影響。目前，鈣鈦礦電池器件性能的進一步提高在一定程度上受到界面層形態和載流子傳輸能力的限制。近日，由中國科學院青島生物能源與工藝研究所研究員酒同剛領導的碳基能量轉換材料研究小組將石墨炔摻雜到鈣鈦礦太陽能電池的雙層電子傳輸層中，有效提高了電子傳輸層的電導率，并進一步提高了鈣鈦礦電池的器件性能，實現了20%的光電轉換效率。結果表明，石墨烯的雙層摻雜改善了界面材料的膜形態，由于石墨烯的強π-π共軛結構與PCBM和ZnO之間的相互作用，PCBM與ZnO之間界面層的電子傳輸性能大大提高。阻抗測試表明，石墨烯的雙層摻雜減少了界面電荷的復合，顯著提高了器件的填充因子，從而提高了器件光電轉換效率。電容-電壓曲線表明，石墨烯獨特的化學結構和強大的電子傳輸能力顯著減少了界面處的電荷積累，并明顯改善了鈣鈦礦太陽能電池的常見磁滯效應。石墨烯這種新型碳材料的引入，有效地提高了鈣鈦礦電池的性能，為鈣鈦礦電池在石墨烯中的應用和發展提供了新思路。相關研究成果發表在《納米能源》雜志上。該研究得到了國家自然科學基金、山東省重大基礎研究項目、中國科學院青年創新促進會和青島能源學院啟動基金的支持。

圖1.（a），鈣鈦礦太陽能電池器件的結構示意圖；（b） 石墨炔的化學結構和電子輸運示意圖；（c） 鈣鈦礦太陽能電池的電流-電壓曲線；（d） 電池在不同掃描方向上的設備行為。

圖2。（a） ，電池阻抗曲線；（b） 電池在不同偏置電壓下的電子壽命；（c） 電池在不同偏置電壓下的電容；（d） ，石墨炔裝置動作機理圖。

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