鈣鈦礦太陽能電池PSCs：MBene調制SnO2／鈣鈦礦埋藏界面改善電荷轉移

近日，華南理工大學於黃忠老師在《Angewandte Chemie》上發表了關于使用二維（2D）MBene橋接SnO₂和鈣鈦礦層之間埋藏界面的文章，研究了在鈣鈦礦太陽能電池中引入二維材料MBene對電池性能的影響：

1. MBene能夠提高SnO₂表面電子的沉積，鈍化其表面缺陷并促進電荷收集。

2. MBene形成的偶極矩有助于提高PSCs中的電子轉移能力。

3. MBene通過優化界面，調節了鈣鈦礦晶體的生長，提高了鈣鈦礦薄膜的質量，減少了晶界缺陷。

4. SnO₂-MBene PSCs在最大功率輸出點（MPP）的PCE穩定在22.23%。

5. SnO₂-MBene PSCs在N₂氣氛中未封裝的器件表現出環境穩定性，經過1440小時存儲后，PCE保持了初始值的95.1%。

6. 使用AFM和SEM研究了SnO₂和SnO₂-MBene薄膜的表面形貌，發現SnO₂-MBene薄膜具有更平滑的表面，有利于均勻成核和結晶。

文中研究了SnO₂-MBene ETL對完整設備中載流子傳輸和復合特性的影響。其中，通過瞬態光電流TPC和瞬態光電壓TPV方法確定載流子壽命。

在上圖a中，SnO2-MBene PSC的光電流衰減時間在短路條件下縮短到1.05微秒，而SnO₂-PSC的為2.02微秒。SnO₂-MBene ETL的高載流子提取能力顯著促進了載流子的分離和提取效率。此外，SnO₂-MBene PSC表現出最長的電子壽命為1.25毫秒（上圖b），表明SnO₂-MBene ETL抑制了界面處的非輻射復合。

文獻來源：https://doi.org/10.1002/ange.202404385

利用瞬態光電壓TPV、瞬態光電流TPC檢測的數據進行分析，可以得到器件內部載流子的傳輸、積累、復合等動力學過程的相關信息。瞬態光電流、瞬態光電壓測試是直接基于最終的工況器件進行的，因而得到的參數可以直接反映工況條件下的光物理過程。

瞬態光電壓TPV：在瞬態光電壓TPV 實驗中，太陽能電池在偏置光下保持在開路電壓；接著疊加一個額外的微小光脈沖到器件上，以產生一些額外的電荷并呈指數衰減。如果光脈沖足夠小，假設光生載流子密度變化與光電壓增加（Δn~ΔV）成正比，電壓衰減為：V（t）=Voc+△V.exp(-t/τ)，其中 Voc 是偏置光下的開路電壓，ΔV 是由于微小光脈沖引起的電壓增量，τ 是少數載流子壽命。通過TPV實驗，可以直接從指數電壓衰減計算出偏置光下的電荷載流子壽命。

1.模擬器件在開路情況的動力學過程；

2.研究開路情況下，電荷的復合過程；

3.利用納秒或者皮秒激光器作為激勵光，光譜窄；

瞬態光電流TPC：在瞬態光電壓TPV 實驗中，測量恒定偏置電壓（也可設置為0V）下光伏器件由于光脈沖而產生的瞬態電流響應過程。電流上升和衰減揭示了電荷載流子遷移率、陷阱和摻雜的信息。

1.模擬器件在短路情況的動力學過程；

2.研究電荷的抽取能力；

3.利用納秒或者皮秒激光器作為激勵光，光譜窄；