硫氰酸Chlorine-Doped铜(I)提高了钙钛矿的太阳能电池

在《华尔街日报》最近发表的一篇论文ACS能源字母,研究人员利用硫氰酸铜(I) (CuSCN)为了创建一个空穴传输层(HTL)各种倒钙钛矿太阳能电池(已经)和有机太阳能电池(osc)。决定,倒已经与掺杂氯与原始CuSCN相比性能优越。

研究:Cl₂-掺杂CuSCN空穴传输层为有机和钙钛矿与改进太阳能电池的稳定性。图片来源:阿尔贝托Masnovo / Shutterstock.com

背景

对于光电应用程序,作为HTL CuSCN有几个好处。他们有特点像一个大的电子质量比孔和带隙能量的紫外线范围,这使得他们杰出的空穴传输特性和宽带光学透明度。CuSCN层已经和有机太阳能电池(osc)允许的光敏层孔,从而使all-wavelength辐照度接近层以及减少寄生吸收。

CuSCN公认为处理的灵活性以及其显著的光电性质。众多为基础的解决方案CuSCN沉积技术在低温下,包括电化学沉积、刮片技术,和旋转涂布,已报告。然而,其处理的灵活性有时会更显著的电导率CuSCN电影由基于硫化物的溶剂。尽管改善p类型属性和容易涂料,Cl₂——CuSCN尚未用作HTL在太阳能电池中的应用。

关于这项研究

在这项研究中,研究小组使用了一个干蚀刻设置与控制Cl₂浓度和背景使薄膜的CuSCN Cl的压力₂气体。因此,CuSCN电影拥有更高的导率。此外,治疗Cl的影响₂CuSCN-based倒已经和osc的功能进行了研究。确定,能量转化效率(pc)已经和osc增加氯化20%和15%,分别。

此外,相比纯CuSCN实例和聚(材料间是的运动)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT: PSS) HTLs,太阳能电池设备与Cl₂-CuSCN HTLs经验较少的光和热应力的恶化。

最初团队进行了x射线光电子能谱(XPS)实验电影的CuSCN检查不同氧化态的铜(铜)和Cl之前₂治疗以评估治疗的效果。此外,开尔文探针力显微镜(KPFM)是用来评估暴露电影的工作职能的变化(WFs)。

随后,薄膜晶体管(日前)捏造,CuSCN层暴露在Cl₂以一种受控制的方式。的性能参考细胞使用PEDOT: PSS HTLs暴露在Cl和CuSCN电影₂然后比较。此外,利用PBDB-T-2F:日元和PBDB-T: F-M光敏层,传统散装异质结(BHJ) OSC设备合成。此外,OSC稳定性探测来确定最优交通属性使用最大功率点跟踪翻译(MPPT)在真空条件下。倒已经基于methylammonium碘化铅(MAPbI₃)创建演示Cl的适用性₂-CuSCN掺杂方法。

观察

本研究坚定地演示了一个简单的方法来提高CuSCN电影Cl的电导率₂兴奋剂。一旦Cl₂治疗应用于样品,WF立即下降了大约0.3 eV和稳定在5.35 eV。这显示运动的费米能级附近的价带CuSCN (-5.4 eV), Cl₂暴露导致显著p型掺杂效应。所有暴露在Cl CuSCN-based设备₂表现出几乎没有调制和功能更像比半导体导体。15分钟的Cl₂派生的最佳设备。

此外,设备的总体性能提高了Cl₂-CuSCN电影的杰出的p类型特征。细胞与CuSCN PBDB-T HTL和光敏层:F: M显示9%的最高PCE填充因数(FF)的64.4%,开路电压(V_OC0.95 v),短路电流密度(J_SC)14.6 mAcm²。值得注意的是,性能进一步提高,PBDB-T-2F:日元被利用。此外,V_OC值显著提高CuSCN电影被暴露于氯后10分钟。最后,计算状态的电子密度(DOS)基于密度泛函理论(DFT)表明氯化CuSCN表面生成额外的孔通过改变CuSCN的费米能级的位置靠近价带最大。Cl物种进入大部分CuSCN产生类似的电子效应。此外,现有的氯原子CuSCN WF的变化。

结论

总而言之,CuSCN被暴露在Cl气体来提高太阳能电池的性能设备,使用这些电影作为HTLs。研究结果表明Cl的广泛的可用性₂再版CuSCN领域的第三代太阳能电池。研究者称,这项研究开辟了一个更大的机会完全解锁CuSCN太阳能电池应用的潜力。

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参考

梁,Jian-Weiet al。,Cl₂-掺杂CuSCN空穴传输层为有机和钙钛矿太阳能电池稳定性改善,ACS的能量。2022、7、3139−3148,https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01545

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