Small Methods: 利用石墨烯作电极的高效半透明CsPbI3量子点光伏器件

有机-无机钙钛矿材料具有独特的ABX3晶体结构(A =有机阳离子，B =金属，X =卤素元素)。由于其诸多诱人的优点，如制造简单，加工成本低，吸光性好，带隙可调谐，高载流子迁移率，长扩散长度等，使其成为制造高性能太阳能电池的潜在材料。但是有机-无机钙钛矿中，由于有机组分例如甲基铵(MA)稳定性问题，特别是在潮湿的环境中，严重阻碍了他们的实际应用。发展全无机钙钛矿CsPbI3是一种解决上述稳定性问题的有效途径。体相的黑色立方相CsPbI3钙钛矿具有带隙1.72 eV，适用于光电器件，但其相稳定性较差，转换成黄色斜方晶相后其光吸收性能大大降低，不利于太阳能利用效率的提升。CsPbI3量子点可能是一个潜在的制造半透明太阳能电池的候选材料。与体相CsPbI3钙钛矿材料相比，CsPbI3量子点可在常温下加工，在空气中，室温下具有良好的稳定性。此外，活性层的厚度可以很容易地调整通过逐层沉积来调控，具有较好的均匀性，光滑度和薄膜覆盖范围。为了制造一种半透明器件，必须找到一种具有高透射率的替代顶电极，由于单层石墨烯具有良好的导电性和高的透过率98%，被认为是一个很好的选择。

图1. 钙钛矿太阳能电池器件上石墨烯的干法转移过程。a)分别用EVA和PMMA在石墨烯/铜表面冲压PDMS模具。b)蚀刻铜，其余部分用石墨烯轻轻烘干。c)用聚合物保护冲压石墨烯。d)将设备加热至75°C，轻轻取下PDMS模具。e)基于CsPbI3 QDs作为吸收层的钙钛矿太阳能电池器件原理图。f)对应器件结构的横截面SEM图像。

近日，麻省理工学院Jing Kong教授团队在Small Methods在线发表了题为“Efficient Semitransparent CsPbI3 Quantum Dots Photovoltaics Using a Graphene Electrode”的文章。他们合成了稳定的立方相CsPbI₃量子点，并利用配体交换技术制备了高效钙钛矿太阳能电池。采用化学气相沉积技术制备单层石墨烯，并在此基础上开发了干式石墨烯转移到器件上的工艺。在此基础上，制备了一种具有高平均可见透过率(AVT)的高效太阳能电池。优化后，得到的基于银和石墨烯电极的功率转换效率(PCEs)分别为9.6%和6.8%。此外，通过调节活性层的厚度，得到了PCE为4.95%，AVT为53%的钙钛矿太阳能电池，表明了CsPbI3量子点在制造半透明器件方面的潜力。

相关论文以“Efficient Semitransparent CsPbI3 Quantum Dots Photovoltaics Using a Graphene Electrode”为题在线发表在Small Methods上（DOI: 10.1002/smtd.201900449）。