钙钛矿器件中常用的一些载流子传输层，仍由于一些光电不协调性，而期望能得到进一步的改善，如果能够找到合适的材料与方法，可以更好的匹配钙钛矿的能级以及提升双传输层的电荷传输。近来，层状的黑磷成为可利用研究的二微纳米材料，拥有着出色的可调谐光电能力，黑磷可作为极具吸引力的双极性半导体，具有极高的电子和空穴迁移率对比常见的TiO2与一些空穴传输层材料有着不小的优势，可以试着利用在光伏电池技术中。但是黑磷本身也有材料缺陷，可调直接带隙取决于厚度，并伴随有导带和价带的并发分裂，其电子结构也可能随之受到应变。当选择黑磷纳米片材料时，它会受外部施加的电场的影响而改变旋转角度，从而能够寻找到更合适的机会来调节其电子结构。不仅如此，黑磷纳米片的导带和价带可以通过调节其纳米片的厚度来随之调节纳米片的导带和价带的位置，从而能够使它的能级与各种太阳能电池的活性材料相匹配。如果能合理调控得当，即可以在钙钛矿的上下两层的界面上应用，从而能提高太阳能电池的效率。 介于此背景，北卡罗来纳大学的黄劲松教授等首次报道了一种利用双极性黑磷纳米片材料作为钙钛矿电池的双功能运输材料的设计，能够在电池中同时且快速的进行两次界面载流子的提取，将不同类型的传输层配备的电池效率对比实验后发现，电池整体的效率从标件的16.9%上升到了最优解即双黑磷界面电池的效率19.8%。双纳米片结构的电池能够直接促进电子与空穴的有效提取，并且能够增强光吸收，降低缺陷密度。相关文章以题目“Synergistic Cascade Carrier Extraction via Dual Interfacial Positioning of Ambipolar Black Phosphorene for High-Efficiency Perovskite Solar Cells”于5月14日发表在Advanced Materials上。 论文链接： https://onlinelibrary./doi/full/10.1002/adma.202000999 研究者选用Cs0.05MA0.16FA0.79Pb(I0.83Br0.17)作为光吸收材料，通过在冰浴下超声处理溶解在异丙醇中的大量黑磷晶体，成功剥离了超薄黑磷纳米片，通过TEM观察纳米片随机而密集地堆积，并且保留了明显的分层结构。 图1.Si基板上滴铸的黑磷纳米片随机密集堆积，根据TEM显示为超薄状 接着，为了解释黑磷作为传输层的优越性，将其分别与单个传输层与钙钛矿的纳米片作对比，使黑磷的溶液旋涂在介孔TiO2之上，通过旋涂的次数来实现与钙钛矿相匹配的能级，当黑磷的层数在3-4层时与标件作为对比，效率均有所提升，而1-2层时却相反。BP-3的纳米片涂层介孔TiO2与原始器件的相比，生长的钙钛矿晶粒分布尺寸更大,晶界的减小，也表示了黑磷能够抑制器件的电荷复合。由于黑磷在钙钛矿中起着非均相形核中心的作用，同时也能辅助钙钛矿的生长，导致了钙钛矿薄膜的质量的提高。薄膜在整个可见光范围内均有明显的吸收增强作用，能够提升电流。 图2.被BP-3涂覆的介孔TiO2形貌表征 图3.引入了双黑磷纳米片BP-1/BP-3后与标件的对比器件表现图 研究者利用二维材料黑磷并提出了双界面调控，这个想法能够很好的调整并获得更为优秀的传输层，实现两个传输层与钙钛矿层之间的能级对准，且由于黑磷的良好迁移率特性，大大提高了在相应界面处的载流子的提取与转移，这一方法可为将来器件的传输层提供一种更为可靠的选择。(文：kirin) |
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