伊朗塔比亚特莫达雷斯大学(TMU)的研究人员最近在钙钛矿太阳能电池领域取得了重要突破。他们开发了一种使用单壁碳纳米管(SWCNT)空穴传输层(HTL)的新型电池结构，显著提高了太阳能电池的效率。
钙钛矿太阳能电池因其高效转换太阳能为电能的能力而受到广泛关注。然而，这种电池的稳定性问题一直是阻碍其商业化应用的主要障碍。为了解决这一问题，TMU的研究团队采用了一种创新的方法，即使用硫化铅胶体量子点(PbS-CQD)包围单壁碳纳米管。
图片：塔比亚特莫达雷斯大学 (TMU)，能源报告知识共享许可证 CC BY 4.0
单壁碳纳米管是一种扭曲的石墨烯片空心圆柱体，具有优异的电子传输性能。研究人员发现，将PbS-CQDs材料包围在纳米管周围可以增强电池对阳光的吸收能力，从而提高能量转换效率。此外，由于PbS-CQDs材料中载流子的寿命接近2000纳秒，这会导致结构中电子和空穴的复合减少，进而导致系统中开路电压的增加。
研究人员使用碳接触构建了这种新型电池，其中 SWCNT 充当空穴传输层 (HTL)。该电池的结构包括使用 MAPbI3 钙钛矿材料的吸收器、二氧化钛 (TiO2) 电子传输层 (ETL) 和由氧化铟锡 (ITO) 组成的顶部触点。
在确定了最佳的 SWCNT 长度和 HTL 高度后，研究小组开始将相邻晶胞的纳米管之间的中心距 (CCD) 从 5 nm 扫描到 30 nm。他们发现，具有上述特性的所选单壁碳纳米管的带隙等于 1.3 eV。
PSC 结构与基于 SWCNT 的 HTL 的能带图。
研究小组确定，最佳电池配置和性能是由完全包围 SWCNT的PbS-CQD 产生的，HTL 高度设置为 800 nm。
最终的电池设计在仿真的支持下，实现了 19.98% 的功率转换效率、0.94 V 的开路电压、24.45 mA/cm² 的短路电流密度和 86% 的填充因子。这一突破性成果不仅解决了钙钛矿稳定性问题，也为其在工业领域的广泛应用打开了新的可能。
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