MXene及其复合材料在钙钛矿太阳电池中的应用研究

近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池在光电性能方面表现出色,但较差的湿度稳定性和热稳定性阻碍了其商业化应用。而全无机钙钛矿太阳电池有望改善以上问题,其在组分工程、界面调控以及器件结构优化方面均取得了重要进展。但在实际应用方面还存在诸多问题,例如Decitabine核磁器件结构设计不合理导致较大能量损失、载流子在晶界/面处的非辐射复合等,影响了全无机钙钛矿太阳电池的寿命。二维材料具有带隙可调、载流子迁移率高、能级结构与钙钛矿材料匹配等优点,可用于钙钛矿太阳电池的界面调控。MXene是一种由过渡金属碳化物/氮化物组成的新兴二维(2D)纳米材料,具有高导电性、表面官能团可调和功函数可调等优点,在提高钙钛矿太阳电池光电效率、载流子寿命和器件稳定性等方面具有巨大潜力。基于此,本论文通过对Ti_3C_2T_xMXene进行表面官能团接枝和构建异质结的方式,进一步优化了Ti_3C_2T_xMXene材料性能;并将其应用于全无Immunotoxic assay机钙钛矿太阳电池,提高了器件的光电转化率及稳定性;研究了其对钙钛矿材料表面的作用机制。本文的主要研究内容和结果如下:(1)采用超声插层法制备了Ti_3C_2T_xMXene/氧化石墨烯(GO)二维异质结,并将其作为修饰材料用于全无机钙钛矿太阳电池。Ti_3C_2T_xMXene与GO复合后可修复GO纳米片表面存在的含氧复合中心,从而提高材料的载流子迁移率。Ti_3C_2T_xMXene/GO异质结展现了相较于纯MXene和GO更佳的空穴提取能力,同时增强了钙钛矿吸收层与碳电极之间的能级匹配度。因此,器件的V_(oc)、J_(sc)和FF等光电性能参数均得到了明显的改善,用其修饰的无机CsPbIBr_2器件和CsPbI_2Br器件的光电转化效率分别为11.07%和15.04%。此外,两种器件的稳定性也得到显著提升。(2)制备了含有可拉伸的琥珀酰胺MXene(SAM),再利用Ti_3C_2T_xMXene表面官能团丰富且可调的特性,结合亲核取代反应和脱水反应在Ti_3C_2T_x纳米片表面接枝琥珀酰胺(SAM),通过调节其在有机溶剂中的分散性和表面结构性质,提高了其作为钙钛矿薄膜前驱体溶液添加剂的适用性。此外,可拉伸的烷烃链还可促进晶格收缩或膨胀形成弹KPT-330配制性晶界,消除钙钛矿薄膜中存在的空间分布应力,促进载流子传输。将SAM用于全无机CsPbIBr_2和CsPbI_2Br钙钛矿太阳电池,器件性能均到到显著改善,光电转换效率分别高达11.06%和14.30%。此外,在恶劣条件下,CsPbIBr_2和CsPbI_2Br器件还具有较好的稳定性。