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一种用于高效稳定钙钛矿太阳能电池的ZnO纳米粒子辅助电子传输双层膜的系统方法
摘要： 减小钙钛矿太阳能电池的界面损耗对实现高效光伏性能至关重要，目前相关界面工程研究正深入开展。本研究在苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）与金属电极之间引入氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）中间层，以降低电荷复合和器件退化导致的界面损耗，并探究了器件性能对PCBM及PCBM/ZnO电子传输双层膜厚度与形貌的依赖性。当PCBM和ZnO达到优化厚度时，基于PCBM/ZnO双层膜的器件平均光电转换效率达15.63%（最高16.39%），开路电压1.05 V，短路电流密度18.69 mA cm?2，填充因子79.95%。此外，引入PCBM/ZnO双层膜显著改善了滞后效应和大气稳定性。因此，采用PCBM/ZnO电子传输双层膜是实现高效率、稳定输出功率（低J-V滞后）且耐用的钙钛矿太阳能电池的有效途径。
关键词： 氧化锌纳米颗粒、界面工程、稳定的钙钛矿太阳能电池、界面损耗、高效钙钛矿太阳能电池、电子传输双层结构
更新于2025-11-19 16:46:39
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通过形貌与界面工程制备高效稳定的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池：全环境工艺
摘要： 基于碳的空穴传输材料（HTM）免用型钙钛矿太阳能电池（PVSCs）因其低成本和高稳定性备受关注。本研究报道了通过两种策略提升免HTM型PVSCs性能的简易方法：首先，在碘化铅（PbI2）/N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中添加少量四氢呋喃（THF）以改善钙钛矿薄膜质量；其次，在TiO2/钙钛矿界面引入超薄Al2O3膜层以减少电荷复合。研究发现THF有助于形成覆盖更均匀的高质量钙钛矿薄膜，而超薄Al2O3层能避免TiO2与CH3NH3PbI3直接接触。该Al2O3层可有效阻隔空穴并抑制电荷复合，从而显著提升电池开路电压和填充因子。此外，器件在环境条件下存放1000小时未见性能衰减，展现出优异的长期稳定性。本研究为高效低成本免HTM型PVSCs的未来商业化提供了简易实现路径。
关键词： 无空穴传输层、界面工程、钙钛矿太阳能电池、高稳定性
更新于2025-10-22 19:40:53
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掺杂诱导的反向偏压低于1V下工作的倒置小分子有机光电二极管性能提升——迈向成像应用中与CMOS的兼容性
摘要： 有机光电二极管（OPDs）相比传统无机光电探测器具有诸多优势，使其特别适用于成像应用。阻碍其应用的关键挑战之一在于需要与标准CMOS工艺集成。本文报道了一种与CMOS兼容的顶照式倒置小分子双层OPD，具有极低的暗漏电流。该器件采用经[6,6]-苯基C61丁酸甲酯（PCBM）阴极缓冲层（CBL）修饰的氮化钛（TiN）底电极。我们系统地证明，通过掺杂CBL可提升器件在低电压（低于1V反向偏压）下的光响应——在不影响漏电流的前提下，既增大了线性动态范围（LDR），又拓宽了光电二极管的带宽。优化后的器件在-0.5V偏压下仅呈现约6×10?1? A/cm2的暗漏电流，在500nm波长处外量子效率（EQE）达23%，计算得比探测率高达7.15×1012 cm Hz1?2/W（琼斯）。同时该器件在-0.5V偏压下线性动态范围接近140dB，带宽约400kHz。所提出的器件结构完全兼容CMOS工艺，可集成至CMOS读出电路，有望应用于高性能大规模成像阵列。
关键词： 界面工程、掺杂、互补金属氧化物半导体、氮化钛、有机光电二极管、阴极缓冲层
更新于2025-09-23 15:23:52
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金(111)界面工程促进1T′-MoSe?生长
摘要： 二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）因其不同相态的独特性质而成为相位可控合成的研究热点。然而由于第六族TMDCs金属相的亚稳特性，其制备面临挑战。在单层尺度上，界面工程可用于稳定亚稳相。本研究通过分子束外延技术，在Au(111)基底上实现了单层1H或1T'-MoSe2的选择性生长；利用扫描隧道显微镜与谱学技术可明确区分这两种相态。原始Au(111)基底更利于1H-MoSe2生长，而预沉积Se则促进1T'-MoSe2形成。密度泛函理论计算证实，Se预处理Au(111)基底上1T'-MoSe2相的选择性生长源于Mo插层诱导的1T'相稳定化机制。此外，实验观察到1T'孪晶界和1H-1T'异质结并发现其具有增强的隧穿导电性。该基底预处理相位调控外延策略可推广至Au(111)上其他第六族TMDCs的生长。
关键词： 相位控制、异质结、扫描隧道显微镜/谱学、界面工程、过渡金属二硫化物、二硒化钼
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过原子层沉积技术对CsPbBr<sub>3</sub>纳米晶发光二极管进行界面工程调控
摘要： 钙钛矿纳米晶（PNC）在发光二极管（LED）应用中易受溶液腐蚀及水/氧氧化影响。本研究采用原子层沉积（ALD）技术对CsPbBr3纳米晶发射层进行Al2O3填充与界面工程处理，并制备了基于无机电子传输层的CsPbBr3-ZnMgO LED器件。ALD引入的Al2O3层显著提升了CsPbBr3 PNC薄膜在旋涂过程中对ZnMgO极性溶剂乙醇的耐受性。经ALD处理的CsPbBr3 PNC-ZnMgO LED工作寿命延长至CsPbBr3 PNC-TPBi LED器件的约两个数量级，同时外量子效率（EQE）值大幅提升。此外，Al2O3对CsPbBr3层的填充使发光层内载流子迁移率提高40倍以上。但绝缘的Al2O3层会阻碍不同功能层间的界面载流子传输，该层能有效阻隔过量电子传输。这种有利的能带排列促进了器件载流子平衡，在ALD Al2O3界面工程作用下显著改善了器件的电致发光性能，理论器件模拟进一步验证了该结论。本文提供了一种兼具高效与长寿命的PNC-LED器件简易制备方法。
关键词： 发光二极管、工作稳定性、界面工程、原子层沉积、CsPbBr3钙钛矿纳米晶体
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过缓冲层界面工程实现高效钙钛矿太阳能电池的深度解析：第一性原理研究
摘要： 近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率实现了快速提升。界面工程是进一步提高PSCs性能的有效途径。本研究通过第一性原理计算，探究了四种候选缓冲材料（MACl、MAI、PbCl2和PbI2）对MAPbI3吸光层与TiO2界面电子结构的影响。研究发现：MAX（X=Cl,I）作为缓冲层会引入高电子势垒并加剧电子-空穴复合，且对表面态钝化效果不佳；PbI2的导带底远低于MAPbI3吸光层，这将显著限制吸光层的能带弯曲及电池开路电压。相比之下，PbCl2因具有适宜的能带边缘能级位置、与TiO2表面较小的晶格失配度以及优异的表面钝化特性，成为PSCs吸光层/电子传输层界面工程的理想缓冲材料。本研究成果深化了对缓冲层界面工程作用机制的理解，将为提升PSCs及相关光电器件性能提供重要指导。
关键词： 钙钛矿太阳能电池、能带对齐、界面缺陷钝化、缓冲层、界面工程
更新于2025-09-23 15:21:01
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用于光伏应用的Cu2Zn1-xCdxSnS4异质结界面结构与能带排列的实验与理论研究
摘要： 为改善铜锌锡硫（CZTS）太阳能电池的局限性（如p-n结界面能带排列不佳、带隙调控困难及载流子快速复合等问题），通过低成本溶液法（无需后退火或硫化处理）将镉（Cd）引入CZTS纳米晶形成Cu2Zn1-xCdxSnS4体系。采用实验-理论协同方法对Cu2Zn1-xCdxSnS4材料的光电特性进行表征评估。研究表明：通过调节Zn/Cd比例，Cu2Zn1-xCdxSnS4纳米晶可实现1.51 eV至1.03 eV范围内可调的直接带隙，且具有高吸收系数。这种带隙工程有助于界面载流子的有效分离。超快光谱显示，与CZTS相比，Cu2CdSnS4（CCTS）纳米晶中光生载流子具有更长的寿命和更高的分离效率。循环伏安法（CV）测量结合第一性原理密度泛函理论（DFT）计算证实：CZTS（CCTS）/CdS界面存在II型交错能带排列，且CCTS/CdS界面的导带偏移量（CBO）小于CZTS/CdS界面。这些结果表明光生载流子在p-n结界面能实现超快时间尺度的有效分离，为提升器件性能提供了新途径。
关键词： 晶界、光伏、阳离子取代、地球丰富材料、界面工程、带阶、超快载流子动力学
更新于2025-09-23 15:21:01
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石墨炔：连接平面太阳能电池中SnO?与钙钛矿的桥梁
摘要： 在太阳能转换器件中，电荷传输层与光活性层的匹配至关重要。近期，基于SnO?电子传输层（ETL）的平面钙钛矿太阳能电池因其无与伦比的光生电子和空穴提取速率而使这一匹配问题尤为突出。为此，具有多重功能的石墨炔（GDY）被引入体系，从优化电子提取速率、诱导钙钛矿生长界面工程及钝化界面缺陷等多维度，最大化SnO?与钙钛矿的匹配效果，使其同时作用于钙钛矿结晶过程及后续光伏服役周期。掺杂GDY的SnO?层最终实现电子迁移率提升4倍及更优的能带排列，同时增强的疏水性有效抑制异质钙钛矿成核，形成晶界减少、缺陷密度降低的高质量薄膜。系统密度泛函理论研究表明，新形成的C-O σ键带来的电学性能增强及钝化的Pb-I反位缺陷均源于GDY的引入。该器件获得21.11%的光电转换效率且迟滞效应可忽略，表明这一方案可能激发GDY材料的无限潜能，并为钙钛矿太阳能电池的精细界面设计提供更多启示。
关键词： 石墨二炔、二氧化锡、太阳能电池、钙钛矿、界面工程
更新于2025-09-23 15:21:01
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石墨炔：连接平面太阳能电池中SnO?与钙钛矿的桥梁
摘要： 在太阳能转换器件中，电荷传输层与光活性层的匹配至关重要。近期，基于SnO?电子传输层（ETL）的平面钙钛矿太阳能电池因其卓越的光生电子与空穴提取速率差异，这一匹配问题尤为突出。为此，研究人员引入具有多重功能的石墨炔（GDY），从优化电子提取速率、诱导钙钛矿生长界面工程及钝化界面缺陷等多维度，最大化SnO?与钙钛矿的协同效应——这种界面功能同时作用于钙钛矿结晶过程及后续光伏服役周期。掺杂GDY的SnO?层最终实现电子迁移率提升4倍并优化能带排列，其增强的疏水性有效抑制异质钙钛矿成核，形成晶界减少、缺陷密度降低的高质量薄膜。系统性的密度泛函理论研究表明：新形成的C-O σ键带来的电学性能增强与钝化的Pb-I反位缺陷均源自GDY的引入。该器件取得21.11%光电转换效率且迟滞效应可忽略，预示GDY材料蕴含的无限潜力，并为钙钛矿太阳能电池的精细界面设计提供重要启示。
关键词： 二氧化锡、太阳能电池、石墨二炔、钙钛矿、界面工程
更新于2025-09-23 15:21:01
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界面空隙触发碳基全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池实现超过1.33V的光电压
摘要： 本文提出了一种新型碳基全无机CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池(PSCs)界面设计方案，在TiO2电子传输层与CsPbIBr2吸光层之间引入界面空隙。相较于常规界面工程策略，该设计无需在最终PSC中添加额外修饰层。更重要的是，通过2-苯乙基碘化铵热分解产生的界面空隙可引发三重有益效应：首先促进CsPbIBr2薄膜的光散射从而增强器件吸光能力；其次抑制载流子复合以降低PSC的暗饱和电流密度(J0)；第三增大器件内建电势(Vbi)为光生载流子解离提供更强驱动力。最终该PSC实现了10.20%的优化效率及1.338 V的开路电压(Voc)，其中Voc值创下了CsPbIBr2 PSCs已有报道中的最佳纪录。此外，未封装器件展现出优异的光/热/湿稳定性——在85°C加热12小时后或30-40%相对湿度环境下存储60天后，仍分别保持初始效率的~97%和~94%。
关键词： 光电压、稳定性、界面工程、CsPbIBr2、全无机钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01