钙钛矿太阳能电池PSCs：MBene调制SnO2／钙钛矿埋藏界面改善电荷转移

近日，华南理工大学於黄忠老师在《Angewandte Chemie》上发表了关于使用二维（2D）MBene桥接SnO₂和钙钛矿层之间埋藏界面的文章，研究了在钙钛矿太阳能电池中引入二维材料MBene对电池性能的影响：

1. MBene能够提高SnO₂表面电子的沉积，钝化其表面缺陷并促进电荷收集。

2. MBene形成的偶极矩有助于提高PSCs中的电子转移能力。

3. MBene通过优化界面，调节了钙钛矿晶体的生长，提高了钙钛矿薄膜的质量，减少了晶界缺陷。

4. SnO₂-MBene PSCs在最大功率输出点（MPP）的PCE稳定在22.23%。

5. SnO₂-MBene PSCs在N₂气氛中未封装的器件表现出环境稳定性，经过1440小时存储后，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，发现SnO₂-MBene薄膜具有更平滑的表面，有利于均匀成核和结晶。

文中研究了SnO₂-MBene ETL对完整设备中载流子传输和复合特性的影响。其中，通过瞬态光电流TPC和瞬态光电压TPV方法确定载流子寿命。

在上图a中，SnO2-MBene PSC的光电流衰减时间在短路条件下缩短到1.05微秒，而SnO₂-PSC的为2.02微秒。SnO₂-MBene ETL的高载流子提取能力显著促进了载流子的分离和提取效率。此外，SnO₂-MBene PSC表现出最长的电子寿命为1.25毫秒（上图b），表明SnO₂-MBene ETL抑制了界面处的非辐射复合。

文献来源：https://doi.org/10.1002/ange.202404385

利用瞬态光电压TPV、瞬态光电流TPC检测的数据进行分析，可以得到器件内部载流子的传输、积累、复合等动力学过程的相关信息。瞬态光电流、瞬态光电压测试是直接基于最终的工况器件进行的，因而得到的参数可以直接反映工况条件下的光物理过程。

瞬态光电压TPV：在瞬态光电压TPV 实验中，太阳能电池在偏置光下保持在开路电压；接着叠加一个额外的微小光脉冲到器件上，以产生一些额外的电荷并呈指数衰减。如果光脉冲足够小，假设光生载流子密度变化与光电压增加（Δn~ΔV）成正比，电压衰减为：V（t）=Voc+△V.exp(-t/τ)，其中 Voc 是偏置光下的开路电压，ΔV 是由于微小光脉冲引起的电压增量，τ 是少数载流子寿命。通过TPV实验，可以直接从指数电压衰减计算出偏置光下的电荷载流子寿命。

1.模拟器件在开路情况的动力学过程；

2.研究开路情况下，电荷的复合过程；

3.利用纳秒或者皮秒激光器作为激励光，光谱窄；

瞬态光电流TPC：在瞬态光电压TPV 实验中，测量恒定偏置电压（也可设置为0V）下光伏器件由于光脉冲而产生的瞬态电流响应过程。电流上升和衰减揭示了电荷载流子迁移率、陷阱和掺杂的信息。

1.模拟器件在短路情况的动力学过程；

2.研究电荷的抽取能力；

3.利用纳秒或者皮秒激光器作为激励光，光谱窄；