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Nano-Micro Letters (2021)13: 68 https://doi.org/10.1007/s40820-021-00602-w 1. 2D的Ti₃C₂Tₓ MXene具有高导电性、高迁移率和表面官能团丰富等优点,本文将其作为一种纳米添加剂来制备二维钙钛矿薄膜。 2. 通过Ti₃C₂Tₓ纳米片的掺杂,实现了钙钛矿薄膜的缺陷钝化,结晶性和取向性的增强。 3. 最终实现了电荷载流子在垂直方向上的有效传输进而促进二维钙钛矿器件短路电流密度和光电转化效率的提升。 图1. (a) Ti₃AlC₂粉末与刻蚀之后的Ti₃C₂Tₓ纳米片;(b) 超声之后Ti₃C₂Tₓ的SEM图;(c) 超声之后Ti₃C₂Tₓ的TEM图;(d) Ti₃C₂Tₓ纳米片的粒径分布图。 通过对二维钙钛矿薄膜的光学表征和形貌表征,可以从XRD图谱中发现薄膜晶向(202)/(111)明显增强,表明适量Ti₃C₂Tₓ MXene纳米片的掺杂可以增强薄膜的结晶性和取向性;吸收光谱和薄膜顶部激发的稳态荧光光谱中,实验组均表现出较高的强度,表明Ti₃C₂Tₓ MXene纳米片增强光的吸收和减少钙钛矿层内部的缺陷密度,从而减少非辐射的复合;当从ITO侧激发钙钛矿薄膜时,发现位于薄膜底部小n相峰明显增强,这有利于不同相之间的均匀分布,进而促进电荷载流子在垂直方向的快速传输,有效增加薄膜器件的短路电流密度;在瞬态荧光图谱中,可以发现适量掺杂的钙钛矿薄膜中被激发的载流子有着更长的寿命。 二维钙钛矿光伏器件采用正式结构,从不同浓度Ti₃C₂Tₓ纳米片掺杂的总体光伏参数中可以看到,随着浓度的增加,器件的效率有明显增加随后减小的趋势。当浓度为Ti₃C₂Tₓ-0.3 mM时,实现了最佳的光伏参数,此后随着浓度增加会增加薄膜表面的粗糙度,正如SEM和AFM所证实的一样。 图3. (a) 二维钙钛矿示意图;(b) 不同Ti₃C₂Tₓ纳米片掺杂器件的J-V曲线;(c) 对照组与最佳掺杂浓度器件的量子效率与积分电流曲线;(d) 对照组与最佳掺杂浓度器件的稳态电流密度与PCE。 图5. 对照组与最佳掺杂浓度器件(a) 电流密度随光强的曲线;(b) EIS阻抗图;(c, d) 仅有电荷传输层的暗态I-V曲线。 图6. 三维MAPbI₃,对照组与最佳掺杂浓度器件的在湿度为55±5%的稳定性。 王晓峰 本文通讯作者 吉林大学 教授 主要从事新型能源转换及储存相关的研究。 ▍主要研究成果 ▍Email: xf_wang@jlu.edu.cn ▍个人主页 靳昕(左) 硕士研究生 杨霖(右) 博士研究生 本文共同作者 钙钛矿太阳能电池的界面、材料和器件工程。 Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、PubMed Central、DOAJ、CSCD、知网、万方、维普、超星等数据库收录。2020 JCR影响因子IF=16.419,在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前10%)。2020 CiteScore=15.9,材料学科领域排名第4 (4/123)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。
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