鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)提高到了25.5%，但是如何在提**率的同時(shí)增強(qiáng)電池的穩(wěn)定性仍然是一個(gè)難題。在**的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，**、常用的空穴傳輸材料是spiro-OMeTAD。由于spiro-OMeTAD的空穴遷移率比較低，為了提高其導(dǎo)電性，通常會(huì)摻入鋰鹽。然而，長(zhǎng)時(shí)間后，鋰鹽在spiro-OMeTAD中容易吸潮聚集，并且鋰離子會(huì)發(fā)生離子遷移，導(dǎo)致電池性能和穩(wěn)定性下降。

將純的單壁碳納米管（CNT）和二氧化鈦納米顆粒修飾的單壁碳納米管（CNT:TiO2）分別作為添加劑摻入到spiro-OMeTAD中，研究了兩種復(fù)合空穴傳輸層（即spiro-OMeTAD+CNT和spiro-OMeTAD+CNT:TiO2）對(duì)電池性能和穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，由于碳納米管**的導(dǎo)電能力和疏水性，摻入的CNT和CNT:TiO2均能提高鋰鹽摻雜的spiro-OMeTAD層的導(dǎo)電性和疏水性。更重要的是，相比CNT，摻入的CNT:TiO2更能**地提高spiro-OMeTAD層的導(dǎo)電性，這主要是由于CNT中的碳原子與TiO2納米顆粒中的鈦原子存在強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致CNT:TiO2中的電子態(tài)密度**增加，更有利于電荷轉(zhuǎn)移。同時(shí)，計(jì)算結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，純的CNT對(duì)鈍化鈣鈦礦中的晶體缺陷幾乎沒(méi)有作用，但是CNT:TiO2中的鈦原子和氧原子能與鈣鈦礦晶體中的碘原子和氫原子發(fā)生相互作用形成鈦-碘鍵和 H…O氫鍵，從而鈍化鈣鈦礦缺陷態(tài)，減少了鈣鈦礦/spiro-OMeTAD界面處的電荷復(fù)合。此外，n型TiO2納米顆粒可能捕獲從鈣鈦礦導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移進(jìn)spiro-OMeTAD層的光生電子，減少了電池的漏電流。最后，相比CNT，CNT:TiO2進(jìn)一步優(yōu)化了鈣鈦礦/spiro-OMeTAD界面的能級(jí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了界面處的空穴抽取和轉(zhuǎn)移。**，由于上述優(yōu)點(diǎn)，基于spiro-OMeTAD+CNT:TiO2復(fù)合空穴傳輸層的鈣鈦礦電池表現(xiàn)出了比基于CNT摻雜的spiro-OMeTAD以及無(wú)摻雜的spiro-OMeTAD空穴傳輸層的電池更高的效率和穩(wěn)定性。

a）電池結(jié)構(gòu)及spiro-OMeTAD+CNT:TiO₂空穴傳輸層對(duì)電池性能的影響，（b）CNT和CNT:TiO₂對(duì)電池穩(wěn)定性的影響。

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