利用乙二醇修饰石墨烯应用于柔性钙钛矿太阳能电池

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随着人们对科技的不断认知,焕然一新的世界进入了“科技信息时代”,在科技日新月异的发展同时人们不断将科技推向绿色的能源化、环保化以及低成本化。作为环保科技产业的重要组成部分-绿色能源电池在信息科技的发展中一直起着十分重要的作用。从十九世纪到如今,太阳能电池已经发展到了第三代,其中钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)以其性能优异、成本低廉、商业价值巨大从此在现代科技中大放异彩。随着人们对太阳能电池技术需求的提高,PSC朝着可弯曲、可折叠的方向不断发展。作为PSC应用最广泛的阳极材料氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)由于其原料昂贵、对环境污染等因素正逐渐被其他机械性能优异的阳极材料所替代。目前我们常用来代替ITO的透明柔性导电电极有:纳米线、碳纳米管、石墨烯和导电聚合物等。其中石墨烯凭借优良的导电性、光学性能以及极好的韧性,成为近几年来备受研究者关注的材料之一。在电子传输层(electron transport layers ETLs)的选择上为了具备更好的柔韧性,我们常用原子层沉积技术(atomic layer deposition ALD)生长氧化物薄膜从而代替旋涂。这种以化学自限制吸附的特点使产物结合力强,成分致密,几乎没有缺陷,可以提高电子传输层的可弯曲度。然而,石墨烯表面是C-C单键组成的六角形二维碳纳米材料,表面除了较少的缺陷部分没有多余供ALD发生化学吸附反应的化学键。本文利用分子层沉积(molecule layer deposition MLD)方法单脉冲修饰石墨烯的方法,在石墨烯表面生长ALD氧化物之前,利用MLD单脉冲乙二醇(ethylene glycol,EG)修饰石墨烯表面,通过对脉冲时间的调节与把控,分析表征石墨烯/ALD氧化物之间的界面匹配问题,对比有无乙二醇处理的PSC的光电转换效率(power conversion efficiency PCE)。最后的测试结果显示,利用乙二醇处理后的石墨烯ALD复合薄膜在薄膜物理表征方面有着更低的方阻、更平滑的粗糙度以及更高的透过率;在光学方面,用该方法处理的复合薄膜其功函数与下一层的电子注入层更加匹配,PSC的PCE可以增加133.9%;在弯曲性方面,以弯曲半径为9mm弯曲1000次的情况下PCE可以维持到最初PCE的92.2%。
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