碳基無機鈣鈦礦太陽電池
碳基鈣鈦礦太陽電池（C-PSC）具有高穩定性的優良潛質，成為下一代太陽電池的有力競爭者。然而，由于空穴傳輸層（HTL）的缺失，碳電極與鈣鈦礦材料界面的能級失配率高，降低了界面空穴提取效率，導致C-PSC的效率低于金屬基鈣鈦礦太陽電池。
近日，華南農業大學饒華商&鐘新華團隊在碳基無機CsPbI2Br鈣鈦礦太陽電池的空穴傳輸材料上取得重要進展，研究成果以“Interfacial energy-level alignment via poly-3-hexylthiophene-CsPbI3quantum dots hybrid hole conductor for efficient carbon-based CsPbI2Br solar cells”為題發表在Chemical Engineering Journal（DOI：10.1016/j.cej.2022.139842）上。華南農業大學張鍵鑫博士生為*一作者，饒華商副教授為通訊作者。
該團隊采用聚3-己基噻吩（P3HT）與CsPbI3量子點（QDs）雜化的策略構建適用于C-PSC的Hole Conductor P-QD，通過傅里葉變換紅外（FTIR）光譜證明CsPbI3QDs表面的部分油酸配體被P3HT取代，并且溶液具有良好的穩定性。通過溶液中的電荷轉移現象證明P3HT-QDs之間的耦合作用，可以促進電荷的分離，電導率測試證明了雜化策略可以有效地提高電荷提取效率（Figure 1）。
Fig. 1. (a) TEM, HRTEM, and Fast Fourier Transform (FFT) images of CsPbI3QDs. (b) Photographs of QD, P3HT, and P-QD solutions. (c) FTIR spectra of the OA, QD, P3HT, and P-QD. (d) Pphotographs under the illumination of UV light (365 nm), and (e) PL spectra for these studied solutions. (f) I-V curves of QDs, P3HT, and P-QD films tested under dark.
本工作中采用熱氣流輔助（HFA）制備CsPbI2Br薄膜，Hole conductor層通過旋涂的方法制備。穩態熒光（PL）和熒光衰減（PL delay curves）被用于評價不同Hole conductor對CsPbI2Br薄膜中的空穴提取效果。PVK/P-QDs films表現了更低的熒光強度和熒光壽命，這歸因于P3HT部分取代原有的配體后加速了空穴的提取過程。（Figure 2c和2d）
Fig. 2. (a) Schematic of fabrication processes for the CsPbI2Br film and hole conductor layer. (b) Cross-sectional SEM image of each functional layer. (c) Steady-state PL, and (d) PL delay curves of PVK, PVK/QD, PVK/P3HT, and PVK/P-QD films.
鑒于P3HT-QDs對空穴提取增強的作用，被作為Hole Conductor用于制備結構為FTO/TiO2/CsPbI2Br/HTL/C的C-PSC器件以形成梯度分布的能級構型。*終P-QDs-cells提供*優的光伏性能，其PCE為15.04%，這歸因于P3HT-QDs對空穴提取的增強作用。同時，QDs窄的帶隙也拓寬了器件的光響應范圍。（Figure 3）
Fig. 3. (a) Energy-level alignment diagram of CsPbI2Br C-PSCs. (b) J-V curves of Ref-, QD-, P3HT-, and P-QD-cells. (c) Distribution of PCE of the studied solar cells. (d) SPO curves, (e,f) EQE spectra of Ref-, and P-QD-cells.
進一步的光電測試（TPV/TPC、EIS、Jsc和Voc光強依賴、Mott-Schottky等），都證實了來自P3HT-QDs層的梯度能級排列可以有效地加速電荷分離并抑制非輻射復合損失，提高器件的光伏性能（Figure 4）。
Fig. 4. (a) TPC, (b) TPV, (c,d) Jsc/Vocdependence on light intensities, (e) Fitted Nyquist plot curves under dark conditions, and (f) Mott-Schottky plots for Ref- and PQD-cell.
P3HT-CsPbI3作為Hole Conductor的應用為C-PSCs的空穴輸運工程提供了新的途徑。
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722053219?via%3Dihub
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本文中熒光發光及壽命衰減曲線由卓立漢光公司的OmniFluo990穩態瞬態熒光光譜儀完成。OmniFluo990為模塊化搭建結構，通過搭配不同的光源、檢測器和各類附件，完成鈣鈦礦太陽能電池中不同Hole Conductor的空穴提取效果的評價。
