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通过在Spiro-OMeTAD层中引入石墨烯来改进和稳定钙钛矿太阳能电池：抑制锂离子迁移并提高电荷提取效率

DOI：10.1021/acsaem.9b02037 期刊：ACS Applied Energy Materials 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 钙钛矿太阳能电池（PSCs）在功率转换效率（PCE）方面取得了巨大成功，但仍存在因钙钛矿材料固有吸湿性导致的长期稳定性问题。2,2',7,7'-四(N,N-二对甲氧基苯胺)-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）被广泛用作典型PSCs的空穴传输层（HTL），同时双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐（Li-TFSI）作为添加剂被证明对提升Spiro-OMeTAD HTL的空穴迁移率具有必要性。然而，Li+离子会带来强吸湿性和水分吸收效应，这既加剧了Spiro-OMeTAD HTL的降解，也导致钙钛矿层的劣化。本研究通过在Li-TFSI基Spiro-OMeTAD HTL中添加还原氧化石墨烯（rGO）进行改性。实验证实rGO为Li+离子提供了吸附位点并抑制其迁移，从而缓解了Li+离子引发的水分吸收效应，并消除了因Li+离子迁移导致的HTL针孔缺陷。因此，含rGO的HTL显著提升了器件稳定性——在40%湿度条件下经过700小时仍保持初始PCE值3%以内的衰减，而原始器件在620小时后几乎完全丧失效率。此外，rGO的良好导电性促进了Spiro-OMeTAD中的空穴传输，使HTL掺杂rGO后PCE从17.7%提升至19.3%。本研究揭示了rGO在HTL中的作用机制，为同步提升PSCs效率和稳定性提供了有效途径。
作者： Xiaochen Guo，Jianyang Li，Bin Wang，Peng Zeng，Faming Li，Qiang Yang，Yuanfu Chen，Mingzhen Liu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究将还原氧化石墨烯（rGO）掺入钙钛矿太阳能电池（PSCs）的螺-OMeTAD空穴传输层（HTL）中，通过抑制Li+离子迁移和增强电荷提取来提高其功率转换效率（PCE）和长期稳定性。

研究成果

将还原氧化石墨烯(rGO)引入钙钛矿太阳能电池(PSCs)的螺-OMeTAD空穴传输层(HTL)，通过抑制Li+离子迁移并增强电荷提取，显著提升了器件性能——功率转换效率从17.7%提高到19.3%，长期稳定性也得到改善(在40%湿度条件下经过700小时仍保持初始光电转换效率损失不超过3%)。该研究为同步提升PSCs性能与稳定性提供了实用解决方案。

研究不足

该研究聚焦于在Spiro-OMeTAD空穴传输层中引入还原氧化石墨烯(rGO)对钙钛矿太阳能电池(PSC)性能与稳定性的影响。潜在局限性包括rGO合成及掺杂工艺的可扩展性，以及湿度超过40%等复杂环境条件下的长期稳定性问题。

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