石墨炔摻雜提升鈣鈦礦電池性能研究最新進展

石墨炔摻雜提升鈣鈦礦電池性能研究最新進展

作為(wei) 繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之後的一種新型全碳納米結構材料，石墨炔具有豐(feng) 富碳化學鍵、大共軛體(ti) 係及寬麵間距等特性以及優(you) 良化學穩定性，被譽為(wei) “最穩定的一種人工合成二炔碳同素異形體(ti) ”。石墨炔獨特的結構特性，使其與(yu) 無機納米粒子、有機聚合物、染料分子等發生相互作用或鍵合，表現出獨特電子轉移增強特性，在信息技術、儲(chu) 能、光電、催化、生物和醫藥等領域具有重要應用前景。


作為(wei) 新一代太陽能電池的代表，鈣鈦礦電池發展迅猛。器件界麵性質對鈣鈦礦電池性能影響很大，顯著影響著其載流子抽提和器件效率。目前鈣鈦礦電池器件性能的進一步提升，部分受限於(yu) 界麵層的形貌和載流子輸運能力。


近期，中國科學院青島生物能源與(yu) 過程研究所研究員酒同鋼帶領的碳基能源轉換材料研究組，將石墨炔摻雜進鈣鈦礦太陽能電池的雙層電子傳(chuan) 輸層中，有效地提高了電子傳(chuan) 輸層的電導，進而提升了鈣鈦礦電池的器件性能，獲得了20%的光電轉換效率。

研究表明，雙層摻雜石墨炔改善了界麵材料薄膜形態，由於(yu) 石墨炔強的π-π共軛結構與(yu) PCBM及ZnO之間的相互作用，PCBM和ZnO界麵層的電子傳(chuan) 輸性能得到了極大提升。阻抗測試表明，石墨炔的雙層摻雜降低了電荷在界麵處的複合，使得器件填充因子明顯提高，從(cong) 而提升了器件光電轉換效率。電容-電壓曲線表明，石墨炔獨特的化學結構、極強的電子傳(chuan) 輸能力使得界麵處的電荷積累顯著減少，明顯改善了鈣鈦礦太陽能電池常見的遲滯效應。新型碳材料石墨炔的引入有效提高了鈣鈦礦電池的性能，為(wei) 石墨炔應用開發以及鈣鈦礦電池器件研究提供了新思路。


相關(guan) 研究成果發表在Nano Energy上。該研究得到了國家自然科學基金委、山東(dong) 省重大基礎研究項目、中科院青年創新促進會(hui) 、青島能源所啟動基金的資助。

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