我们推测 ， 在MXene表面生长二氧化钛颗粒可以有效提高MXene/钙钛矿界面的质量 ， 减少电荷复合 。
图3显示了本研究中使用的器件结构示意图 。 插图显示了二氧化锡层顶部旋涂的MXene/m-SWCNTs复合材料 。 图3b描绘了所制造器件的截面扫描电镜图像 。 我们还收集了具有最佳比例为2:1 w/w的MXene/m-SWCNTs界面层的器件的截面扫描电镜图像(图S2 ， 支持信息) 。 与图3b相比 ， 可以观察到有和没有界面层的器件之间没有明显的差异 。 沉积在不同MXene/m-SWCNTs中间层上的钙钛矿薄膜的俯视扫描电镜图像显示晶体结构和形态没有显著差异(图3c–f) 。 添加基于MXene/m-SWCNTs的界面层后钙钛矿晶粒尺寸的轻微增加可归因于二氧化锡表面缺陷密度的降低 。
图3
a)显示在氧化铟锡和钙钛矿之间引入界面二氧化锡/碳纳米管层的器件结构示意图 。 b)完成的器件的横截面扫描电镜图像 。 旋涂在c)裸二氧化锡上的钙钛矿薄膜的俯视扫描电镜图像 ， d) MXene ， e)m-单壁碳纳米管和f)MXene/m-单壁碳纳米管(2:1) 。
为了找到MXene/m-单壁碳纳米管杂化层的最佳厚度 ， 将only-MXene和only-m-单壁碳纳米管的旋涂循环次数从1次变化到3次 。 这些动力系统控制模块的相应光伏参数总结在图S3的支持信息中 。 MXene和m-SWCNTs通过两个连续的旋涂步骤获得了最佳条件 ， 表明通过增加层厚度 ， 可以获得更均匀和致密的膜 ， 导致更好的器件性能 。 然而 ， 进一步增加旋涂时间导致PCE降低 ， 这可能是由于较厚的界面层产生较高的串联电阻 。
为了评价光伏性能 ， 在100毫瓦·厘米-2的标准AM 1.5G光照下 ， 制备并测量了基于不同MXene和m-swcnt比例的界面层的太阳能电池 。 所构建的器件遵循ITO/SnO 2/(FAPbI3)x(mapbbr 3)1 x/Spiro-OMeTAD/Au的平面结构 。 图4和表1提供了主要光伏参数 ， 如短路电流(Jsc)、开路电压(Voc)、FF和PCE 。 与不使用任何界面层制造的对照电池相比 ， 界面层的引入显著增加了器件的PCEs 。 特别地 ， FF参数是这些增强的主要贡献因素 ， 这可以归因于增强的电荷提取和注入过程 ， 这可能是由于纳米管的存在和二氧化锡层表面氧空位的有效钝化 。 我们假设 ， 由于纳米管表面的高氧含量 ， 可以减少与氧空位相关的缺陷 ， 从而最小化非辐射复合损失 。 值得注意的是 ， 在最佳比例为2:1的情况下 ， 结合了MXene/m-SWCNTs界面层的器件表现出了巨大的改进 ， 冠军器件的JSC值为25.09mA·cm-2 ， 挥发性有机化合物为1.07 V ， FF为0.80 ， PCE值为21.42% 。 值得一提的是 ， 我们的器件是用0.2 cm2的相对大的有源区制造的 。 这一结果表明 ， 在MXene中掺入少量的m-单壁碳纳米管可以大大提高电荷提取效率 ， 从而获得优异的器件性能 。 相反 ， 在较高的m-单壁碳纳米管比率下有限的效率提高可归因于以下两个潜在原因 。 一个是纳米管的双极性性质 ， 既能传递电子 ， 又能传递空穴 ， 因此可以作为复合中心 。 另一种是背电子转移过程 ， 由于在m-单壁碳纳米管的电子结构中没有光学带隙而发生 ， 这可能导致快速的电荷复合 。 值得注意的是 ， 由于复合率的增加 ， 增加纳米管的负载通常会导致光伏性能效率的降低 。 图5a显示了具有和不具有Mxene/m-SWCNTs夹层的最佳性能器件的J–V特性 。
图4
a) Jsc ， b) FF ， c) Voc和d) PCE的统计分布使用各种MXene/m-SWCNTs界面层制造的太阳能电池 。
表1 。 基于不同界面层的光子晶体光伏参数 。 冠军设备的参数以粗体显示
| Type | Jsc[mA cm?2 | Voc | FF | PCE |
| Control | 24.71 24.61 ± 0.27 | 1.043 1.046 ± 0.006 | 0.73 0.69 ± 0.02 | 18.84 17.83 ± 0.47 |
| MXene/m-SWCNTs (1:0) | 25.66 24.76 ± 0.50 | 1.039 1.038 ± 0.005 | 0.76 0.75 ± 0.02 | 20.32 19.38 ± 0.66 |
| MXene/m-SWCNTs (0:1) | 25.08 24.75 ± 0.25 | 1.047 1.036 ± 0.012 | 0.77 0.74 ± 0.01 | 20.11 19.00 ± 0.48 |
| MXene/m-SWCNTs (4:1) | 25.20 24.96 ± 0.35 | 1.035 1.043 ± 0.023 | 0.75 0.73 ± 0.02 | 19.62 18.92 ± 0.40 |
| MXene/m-SWCNTs (2:1) | 25.09 24.70 ± 0.32 | 1.073 1.052 ± 0.016 | 0.80 0.78 ± 0.01 推荐阅读
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