暨南大學唐群委團隊Angew Chem Int Ed: 電荷轉移摻雜的氧化石墨烯增強全無機CsPbIBr2鈣鈦礦太陽能電池效率

引言：

近年來，全無機CsPbIBr₂鈣鈦礦太陽能電池因在高溫、高濕、紫外光照環境下具有優異的穩定性受到了科研人員的廣泛關注。可控合成高效無機空穴功能材料加速光生電荷的提取對光電轉換效率的提升具有關鍵作用。其中，具有二維結構的氧化石墨烯（GO）納米片表面富含含氧官能團，在增強鈣鈦礦太陽能電池電荷提取和自封裝方面表現出獨特的優勢。然而，GO表面含氧官能團的存在同時起兩種作用，加快電荷提取和局域化所提取正電荷，在鈣鈦礦/GO界面處造成電荷復合，進而降低了電池輸出效率。因此，如何在不犧牲GO基本特征的基礎上抑制提取電荷的局域化提高電池光電轉換是該領域的關鍵科學問題。

成果簡介：

近日，暨南大學唐群委教授研究團隊針對GO二維材料在鈣鈦礦太陽能電池中作為空穴提取功能材料存在的提取電荷局域化的問題，通過在GO表面負載(NiCo)_1-yFe_yO_x納米晶（2-3nm），實現了由電子轉移誘導產生的p型摻雜，優化了整個電池器件能帶結構，將碳基全無機CsPbIBr₂鈣鈦礦太陽能電池器件的效率提升到10.95%。另外，由于(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO二維納米片均勻的覆蓋在鈣鈦礦薄膜表面，起到了良好的封裝作用，有效抑制了鈣鈦礦薄膜離子遷移和空氣中的水分子和氧氣滲透，使得該電池器件的穩定性得到明顯提升。相關成果以題目“p-Type Charge Transfer Doping of Graphene Oxide with (NiCo)_1-yFe_yO_x?for Air-Stable, All-Inorganic CsPbIBr₂?Perovskite Solar?Cells”發表在化學和材料領域頂級刊物Angewandte Chemie International Edition雜志上，杜健博士后為第一作者，段加龍副研究員和唐群委教授為文章通訊作者。

圖文簡介：

圖一?(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO二維納米片基本物相表征與結構示意圖

(a-c) GO, NiCoO_x-GO和(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO 的TEM圖

(d-f) GO, NiCoO_x-GO和(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO 的C 1s XPS圖

(g) 電荷轉移機理圖

(h) GO, NiCoO_x-GO和(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO 的UPS譜

(i) GO, NiCoO_x-GO和(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO的KPFM圖

圖二?電池器件光伏性能

(a) 鈣鈦礦太陽能電池器件結構與斷面SEM圖

(b-c) CsPbIBr₂和CsPbIBr₂/(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO 薄膜SEM圖

(d) 電池器件J-V曲線

(e) 電池器件的效率分布圖

(f) 電池器件的IPCE曲線

(g) 電池器件的穩態輸出

圖三?鈣鈦礦表面電勢及電池器件表征

(a-f) 鈣鈦礦表面覆蓋GO和(NiCo)_1-yFe_yO_x-GO的KPFM圖和表面電勢分布

(g) 電池器件的內建電場測試

(h) 電池器件V_oc隨光強度變化測試?

圖四?電池器件穩定性能

(a) 電池器件穩定性測試

(b) 接觸角測試

(c-e) 器件的離子遷移表征

導師簡介

唐群委，暨南大學信息科學技術學院教授、博士生導師，山東省杰出青年基金獲得者、廣東省杰出青年基金獲得者。主要從事新型太陽能電池和摩擦納米發電機的研究，以第一或通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.,?Adv. Energy Mater.,?ACS Nano, Nano Energy等材料和化學權威刊物發表論文200余篇，SCI引用8000余次，25篇為ESI高被引論文和熱點論文，H-index=46；以第一完成人獲授權國家發明專利21件；以第一完成人獲教育部自然科學獎二等獎1項；以第一著作人出版“十二五”規劃專著1部，在Wiley出版社出版英文著作1章。

段加龍，暨南大學信息科學技術學院副研究員、碩士生導師。主要從事全無機鈣鈦礦太陽能電池的研究工作，近五年，以第一或通訊作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、J. Mater. Chem. A、Small等材料和化學領域權威期刊雜志發表SCI論文40余篇，論文總引用1700余次，6篇為ESI高被引論文（top 1%），H-index=21；在科學出版社出版《光電子材料與器件》專著1部，撰寫《Counter Electrodes for Dye-Sensitized and Perovskite Solar Cells》（Wiley出版社）第3章。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202016703

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