MoS2量子点/石墨烯杂化材料用于效率超20%的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池先进界面工程
应用物理
2019-03-22 v1
摘要
有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)的界面工程在实现高功率转换效率(PCE)方面起着关键作用。石墨烯及相关二维材料(GRMs)是有望按需调控PSCs界面特性的候选材料。在本工作中,我们通过在介观甲基铵铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿(MAPbI3)基PSC中,将二硫化钼(MoS2)与还原氧化石墨烯(RGO)杂化物的光电特性作为空穴传输层(HTL)和活性缓冲层(ABL)进行控制,充分挖掘了GRMs的潜力。我们表明,由液相剥离MoS2薄片得到的零维MoS2量子点(MoS2 QDs)同时提供空穴提取与电子阻挡特性。事实上,一方面,本征n型掺杂诱导的带隙内态通过电子注入机制有效提取空穴;另一方面,量子限域效应增大了MoS2的光学带隙(从薄片的1.4 eV到QD的>3.2),使其导带最低能量(从薄片的-4.3 eV到QD的-2.2 eV)升高至MAPbI3导带能量(介于-3.7至-4 eV之间)之上,从而阻碍电子收集。通过化学硅烷化诱导RGO与(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷之间的连接而获得的MoS2 QDs与功能化还原氧化石墨烯(f-RGO)的范德华杂化,可有效均化HTL或ABL在钙钛矿薄膜上的沉积,因为RGO的二维(2D)性质有效填补了MoS2 QDs薄膜的针孔。我们基于范德华MoS2 QD/石墨烯杂化物的石墨烯界面工程(GIE)策略使MAPbI3基PSC的PCE达到20.12%(平均PCE为18.8%)。
引用
@article{arxiv.1903.08954,
title = {MoS2 Quantum Dot/Graphene Hybrids for Advanced Interface Engineering of CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cell with Efficiency over 20%},
author = {Leyla Najafi and Babak Taheri and Beatriz Martin-Garcia and Sebastiano Bellani and Diego Di Girolamo and Antonio Agresti and Reinier Oropesa-Nunez and Sara Pescetelli and Luigi Vesce and Emanuele Calabro and Mirko Prato and Antonio E. Del Rio Castillo and Aldo Di Carlo and Francesco Bonaccorso},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.08954},
year = {2019}
}