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将2D MXene并入钙钛矿太阳能电池(PSC)的电子传输层(ETL)已被证明可提供高效光伏(PV)设备 。 然而 ， ETL的环境制造导致MXene的电性能由于氧化而不可避免地劣化 。 在此 ， 采用分选的金属单壁碳纳米管（m-SWCNTs）制备MXene/SWCNTs复合材料以提高PSC的PV性能 。 通过优化的成分 ， 实现了超过21%的功率转换效率 。 电化学阻抗谱显示的改进的光致发光和降低的电荷转移电阻表明低陷阱密度和改进的电荷提取和传输特性 ， 这是由于纳米管的存在导致的导电性提高以及与表面氧空位相关的缺陷减少 。 二氧化锡 。 此处报道的MXene/SWCNTs策略为实现高性能PSC提供了新途径 。
1简介
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其易于制造、低成本和出色的光伏（PV）特性而受到科学界和工业界的广泛关注 。 在过去十年中取得了发展 ， 并且已经报告了具有超过25%的令人印象深刻的认证电源转换效率(PCE)的高效设备 。 事实上 ， 通过优化器件结构在提高器件性能和稳定性方面取得了相当大的进步 ， 这导致开发了几种器件架构 ， 包括传统的介孔和平面n-i-p和p-i-n结构 。 特别是 ， 平面n-i-p系统因其高PCE、可忽略的滞后和低温加工性而备受关注 ， 使其对卷对卷制造具有吸引力 。 平面PSC通常由透明导电氧化物、电子传输层(ETL)、钙钛矿活性层、空穴传输层(HTL)和金属电极组成 。 ETL不仅在提取电子和阻挡空穴方面起着举足轻重的作用 ， 而且在影响钙钛矿层的质量方面也起着举足轻重的作用 。 近年来 ， SnO2由于其加工温度低、透明度好、电子迁移率高、能级位置合适以及在紫外线照射下具有良好的稳定性而成为一种受欢迎的电子传输材料 。 然而 ， SnO2存在与氧空位相关的缺陷 ， 导致非辐射陷阱辅助复合、SnO2/钙钛矿界面处的离子电荷积累和滞后 ， 从而降低PV性能并影响器件的可靠性和再现性 。
SnO2和钙钛矿层之间的界面改性层可以进一步促进电子注入和转移过程 。 迄今为止 ， 已经报道了一系列界面工程材料 ， 包括富勒烯、无机二元碱性卤化物和三（五氟苯基）硼（TPFPB） 。 在此背景下 ， 二维材料 ， 如石墨烯、锑烯、磷烯和各种过渡金属二硫属化物 ， 由于其出色的光学和电学性能而在钙钛矿研究领域引起了极大的关注 。 最近 ， 二维过渡金属碳化物、氮化物或/和碳氮化物 ， 例如Ti3C2（称为MXenes） ， 已成为PSC的有希望的候选者 。 MXene的通式为Mn+1XnTX ， （n值在1~3之间变化） ， 其中M为早期过渡金属元素 ， X代表C和/或N ， 而TX代表表面端基 ， 如?O ， ?OH和?F 。 MXenes表现出卓越的特性 ， 包括高度可调的电子特性、高电导率（≈6000–8000 S cm-1）、优异的机械特性和亲水表面 ， 所有这些都使MXene成为适用于各种光伏系统（如染料合成）的有吸引力的材料太阳能电池、有机太阳能电池、硅基太阳能电池和PSC 。 例如 ， Wang等人报道了在PSC中的电极(FTO)和SnO2 ETL之间插入一薄层MXene后 ， 改进了电荷提取并减少了滞后 。 Yang等人通过将MXene纳米片结合到SnO2 ETL中证明了PSC的效率提高 。 后来 ， 同一个小组表明 ， MXene纳米片可以单独用作紫外线臭氧处理后的有效ETL 。 尽管这些研究中的大多数已经证明了MXene作为ETL或ETL添加剂的有效作用 ， 但对含MXene的薄膜在环境条件下或暴露于紫外线臭氧下进行后退火的要求是有问题的 ， 因为MXene纳米片很容易在空气中氧化 。 这种氧化过程甚至可以在高温下加速 ， 导致MXene的导电性严重恶化 。
提高MXene导电性的一种建议策略是设计和制造具有高导电性材料的功能性混合系统 。 在这方面 ， 单壁碳纳米管(SWCNT)因其卓越的电气、机械和热性能而成为与MXene杂交的合适候选者 。 事实上 ， 已经有许多关于在PSC中使用SWCNT的研究 ， 其中证明了显着的PV和稳定性增强 。 最近 ， 我们小组系统地研究了在PSC的TiO2 ETL中加入电分选SWCNT的效果 。 我们已经表明 ， 纳米管的电学类型在器件的效率和稳定性中起着重要作用 。
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