石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳电池中的应用

李 平，梁倩倩，陆亚利

(遵义师范学院物理与电子科学学院，遵义 563006)

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太阳电池是一种可将太阳能转换为电能的装置，其促进了人类对太阳能的利用，且具有对环境友好的特点，引起了世界各相关领域对太阳电池的广泛关注。目前研究的太阳电池主要包括硅基太阳电池、铜铟镓硒化合物薄膜电池、染料敏化太阳电池、功能层为有机半导体的太阳电池，以及“明星太阳电池”—— 钙钛矿太阳电池[1-4]。

晶体硅材料具有无毒、储量丰富、应用广泛等特点。目前，相关课题组报道的基于晶体硅材料制备的太阳电池的转换效率高达26.3%，理论效率可达29%。因此，晶体硅太阳电池长期在市场中占据主导地位。但由于晶体硅太阳电池的制备条件苛刻，如需进行高温处理等，导致该类太阳电池的制备成本较高。因此亟需开发低成本的太阳电池，而材料丰富、制备过程简单的钙钛矿太阳电池(PSC )已迅速成为开发目标之一。

PSC是在晶体硅太阳电池和薄膜太阳电池技术的基础上，通过简单的制备过程和较低的成本来实现高转换效率的太阳电池。PSC的基本结构包括透明电极，如掺锡氧化铟(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)和PEDOT:PSS；电子传输层(ETL)，如二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、富勒烯衍生物(PCBM)和1-溴代-3-氯丙烷(BCP)；钙钛矿吸光层，如MAPbI3；空穴传输层(HTL)，如PEDOT:PSS和Spiro-OMeTAD；金属对电极，如Au、Pt和Ag。

近些年来，通过选择电极、调控钙钛矿吸光层原材料配比、优化和选择电子传输层等改进方式，PSC的实验室转换效率突破了25.2%。由于石墨烯及其衍生物具有良好的电子传导能力、优异的光电和机械性能、高的载流子迁移率和透光率，以及良好的柔韧性和化学稳定性，因此将石墨烯及其衍生物用于PSC的透明电极、电子传输层和空穴传输层，可提高PSC的转换效率和稳定性。……