提升全无机钙钛矿充电机充电太阳能蓄电池性能的超薄MoOx阴极缓冲层材料是个什么东东？
2017-10-8 13:10:28 点击：
【导言】
在短短的七年时刻内，根据有机-无机杂化的充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池的能量变换功率由3.8%提升至22.1%1-3，表现出巨大的商业潜力。可是，资料及器材中有机资料的运用，大大下降了充电机充电蓄电池器材的热安稳性，进而约束了其进一步的展开。
【成果简介】
9月11号，Nano Energy在线宣布了题为“Ultra-thin MoOx as cathode buffer layer for the improvement of all-inorganic CsPbIBr2 perovskite solar cells”的研讨论文，通讯作者为暨南大学新能源技能研讨院的范建东教授及麦耀华教授。
【本文亮点】
本文开发了一种经过“安稳过渡相薄膜”制备高细密、高溴含量的CsPbIBr2无机钙钛矿薄膜，并制备了结构为(FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au)的全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材。在本文中，超薄MoOx薄膜经氮气环境中高温退火后表现出低功函的n型半导体资料特性，将其作为阴极缓冲层可以有用的下降肖特基势垒、触摸电阻和界面缺点，进而器材功率也由1.3%提升至5.52%。此外，该结构的全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池表现出优异的热安稳性。
【图文导读】
图. “安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜
将CsPbIBr2前驱液旋涂于以NiOx作为空穴传输层的基片上，随后将其在30℃的热台上进行放置，跟着时刻的推移，薄膜的颜色逐渐由无色转变为橙黄色（图a1），即生成“安稳过渡相薄膜”。继而将热台温度升至160℃，烘干溶剂并促进薄膜的进一步结晶（图a2）。
(a)“安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜流程示意图
(b)“安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜结晶动力学进程示意图
(c)“安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜XRD演化进程
CsPbIBr2钙钛矿薄膜及无电子传输层器材功能表征
制备的CsPbIBr2钙钛矿薄膜具有均匀、细密等特色，而且无显着的相别离。因为存在较强的肖特基势垒，无电子传输层充电机充电蓄电池器材表现出较差的光伏功能。
(a) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表SEM图
(b) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表EDS-Mapping图
(c) FTO/NiOx/CsPbIBr2/Au无电子传输层器材I-V测验曲线
(d) CsPbIBr2/Au肖特基势垒示意图
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材能带摆放
CsPbIBr2在器材内基本为贯穿膜，表现出杰出的结晶功能；低功函MoOx与CsPbIBr2钙钛矿资料形成杰出的能带阵列，有利于电子的萃取。
(a) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材截面SEM图
(b,c) CsPbIBr2及MoOx的UPS测验的结合能曲线
(d) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材能带摆放
(e,f) MoOx关于CsPbIBr2薄膜的电子萃取效果
MoOx阴极缓冲层下降薄膜触摸电阻效果
MoOx掩盖在CsPbIBr2薄膜外表，下降了薄膜的粗糙度，而且显着的改进了薄膜外表的浸润性，然后有利于更好的电极触摸。
(a) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表AFM图
(b) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表AFM图
(c) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表水触摸角测验
(d) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表水触摸角测验
(e) 暗电流测验
不同MoOx厚度下器材载流子传输的示意图
过薄的MoOx缓冲层不能有用的下降肖特基势垒，过厚的MoOx缓冲层有可能导致电子传输电阻增加。
(a) 无阴极缓冲层MoOx时
(b) 适宜厚度的阴极缓冲层MoOx
(c) 过厚的阴极缓冲层MoOx时
不同MoOx厚度下器材功能测验
当oOx阴极缓冲层的厚度为4nm时，到达5.52%最高的能量变换功率。
(a) 不同MoOx厚度下器材功能计算
(b) 增加阴极缓冲层MoOx前后EQE比照
(c) 最高器材I-V测验曲线
(d) 对应的安稳功率输出
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材热安稳性测验
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材在160℃下，氮气环境中及空气中表现出杰出的热安稳性。在室温下表现出优异的保存安稳性。
(a) 氮气环境内，160℃加热60min
(b) 大气环境内，160℃加热90min
(c) 氮气环境内，保存150天
(d) 大气环境内，保存20天
【展望】
该作业供给了一种制备高溴含量的无机钙钛矿薄膜新方法。研讨标明，超薄低功函数n型半导体薄膜MoOx可用作阴极缓冲层资料，并可以有用的下降肖特基势垒高度。所制备的全无机充电机充电蓄电池器材表现出优异的热安稳性，可满意充电机充电蓄电池器材在高温下运用的需求。现在，该类充电机充电蓄电池器材功率受限的主要原因在于空穴传输资料与钙钛矿之间的价带顶能级差较大，导致器材Voc受限。因而，未来展开的作业将集中在寻觅能带更为匹配的空穴传输资料，或许对现有的空穴传输资料NiOx进行阳极润饰，以期获得更高的器材Voc。
在短短的七年时刻内，根据有机-无机杂化的充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池的能量变换功率由3.8%提升至22.1%1-3，表现出巨大的商业潜力。可是，资料及器材中有机资料的运用，大大下降了充电机充电蓄电池器材的热安稳性，进而约束了其进一步的展开。
【成果简介】
9月11号，Nano Energy在线宣布了题为“Ultra-thin MoOx as cathode buffer layer for the improvement of all-inorganic CsPbIBr2 perovskite solar cells”的研讨论文，通讯作者为暨南大学新能源技能研讨院的范建东教授及麦耀华教授。
【本文亮点】
本文开发了一种经过“安稳过渡相薄膜”制备高细密、高溴含量的CsPbIBr2无机钙钛矿薄膜，并制备了结构为(FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au)的全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材。在本文中，超薄MoOx薄膜经氮气环境中高温退火后表现出低功函的n型半导体资料特性，将其作为阴极缓冲层可以有用的下降肖特基势垒、触摸电阻和界面缺点，进而器材功率也由1.3%提升至5.52%。此外，该结构的全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池表现出优异的热安稳性。
【图文导读】
图. “安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜
将CsPbIBr2前驱液旋涂于以NiOx作为空穴传输层的基片上，随后将其在30℃的热台上进行放置，跟着时刻的推移，薄膜的颜色逐渐由无色转变为橙黄色（图a1），即生成“安稳过渡相薄膜”。继而将热台温度升至160℃，烘干溶剂并促进薄膜的进一步结晶（图a2）。
(a)“安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜流程示意图
(b)“安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜结晶动力学进程示意图
(c)“安稳过渡相薄膜”制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜XRD演化进程
CsPbIBr2钙钛矿薄膜及无电子传输层器材功能表征
制备的CsPbIBr2钙钛矿薄膜具有均匀、细密等特色，而且无显着的相别离。因为存在较强的肖特基势垒，无电子传输层充电机充电蓄电池器材表现出较差的光伏功能。
(a) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表SEM图
(b) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表EDS-Mapping图
(c) FTO/NiOx/CsPbIBr2/Au无电子传输层器材I-V测验曲线
(d) CsPbIBr2/Au肖特基势垒示意图
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材能带摆放
CsPbIBr2在器材内基本为贯穿膜，表现出杰出的结晶功能；低功函MoOx与CsPbIBr2钙钛矿资料形成杰出的能带阵列，有利于电子的萃取。
(a) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材截面SEM图
(b,c) CsPbIBr2及MoOx的UPS测验的结合能曲线
(d) FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材能带摆放
(e,f) MoOx关于CsPbIBr2薄膜的电子萃取效果
MoOx阴极缓冲层下降薄膜触摸电阻效果
MoOx掩盖在CsPbIBr2薄膜外表，下降了薄膜的粗糙度，而且显着的改进了薄膜外表的浸润性，然后有利于更好的电极触摸。
(a) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表AFM图
(b) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表AFM图
(c) CsPbIBr2钙钛矿薄膜外表水触摸角测验
(d) CsPbIBr2/MoOx薄膜外表水触摸角测验
(e) 暗电流测验
不同MoOx厚度下器材载流子传输的示意图
过薄的MoOx缓冲层不能有用的下降肖特基势垒，过厚的MoOx缓冲层有可能导致电子传输电阻增加。
(a) 无阴极缓冲层MoOx时
(b) 适宜厚度的阴极缓冲层MoOx
(c) 过厚的阴极缓冲层MoOx时
不同MoOx厚度下器材功能测验
当oOx阴极缓冲层的厚度为4nm时，到达5.52%最高的能量变换功率。
(a) 不同MoOx厚度下器材功能计算
(b) 增加阴极缓冲层MoOx前后EQE比照
(c) 最高器材I-V测验曲线
(d) 对应的安稳功率输出
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材热安稳性测验
FTO/NiOx/CsPbIBr2/MoOx/Au全无机充电机充电钙钛矿太阳能蓄电池器材在160℃下，氮气环境中及空气中表现出杰出的热安稳性。在室温下表现出优异的保存安稳性。
(a) 氮气环境内，160℃加热60min
(b) 大气环境内，160℃加热90min
(c) 氮气环境内，保存150天
(d) 大气环境内，保存20天
【展望】
该作业供给了一种制备高溴含量的无机钙钛矿薄膜新方法。研讨标明，超薄低功函数n型半导体薄膜MoOx可用作阴极缓冲层资料，并可以有用的下降肖特基势垒高度。所制备的全无机充电机充电蓄电池器材表现出优异的热安稳性，可满意充电机充电蓄电池器材在高温下运用的需求。现在，该类充电机充电蓄电池器材功率受限的主要原因在于空穴传输资料与钙钛矿之间的价带顶能级差较大，导致器材Voc受限。因而，未来展开的作业将集中在寻觅能带更为匹配的空穴传输资料，或许对现有的空穴传输资料NiOx进行阳极润饰，以期获得更高的器材Voc。
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