Page 24 - 《精细化工》2022年第9期

·1742· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

果。第一种方法是将 GDQDs 旋涂到钙钛矿表面。
钙钛矿薄膜表面与水的接触角增大，说明疏水性增
强。同时价带能级降低，电子和空穴准费米能级的
分裂增强，开路电压（V OC ）损耗降低，电池 PCE
达到 18.20%。第二种方法是将 GDQDs 直接掺杂到
钙钛矿前驱体溶液中，XRD 谱图表明，随着 GDQDs
掺杂浓度的增加，衍射峰向高角度方向移动，表明
GDQDs 掺杂到了晶格中。此外，GDQDs 可能和甲
胺阳离子的氢原子产生了某种作用，抑制了成核，
减缓了结晶过程，使钙钛矿晶粒尺寸增大，电池效

率从 17.17% 提升到 18.26% 。第三 种方法是用
图 4 具有 GD/钙钛矿（PVSK）体异质结的钙钛矿层中 GDQDs 的氯苯溶液作为反溶剂后处理钙钛矿层，
光生载流子输运过程 [36] GDQDs 溶液主要沉积在钙钛矿晶界上，钝化了晶界
Fig. 4 Photogenerated carrier transportation process in the
perovskite layer with a GD/PVSK bulk 缺陷，使晶粒变大。测试表明，随着 GDQDs 质量
heterojunction [36] 浓度从 0.002 g/mL 增加至 0.1 g/mL，水接触角从
76.8°提升到 99.7°，电池稳定性得到提高，转化效率
如图 5 所示，GD 的费米能级（E f ）比钙钛矿高， 达到 17.89%。这说明 GDQDs 能够有效钝化钙钛矿
能够实现钙钛矿薄膜内光生载流子的自动分离。同 层的缺陷，提升薄膜的湿度稳定性。不同修饰方法
时，GD 和钙钛矿层间形成的肖特基势垒能够确保 均能有效提升 PSCs 的光电性能与稳定性。说明
空穴从钙钛矿向 GD 之间的单向转移。开尔文力探 GDQDs 是十分有效的修饰物质。
针显微镜检测显示，不论在黑暗还是光照下，相比 GD 衍生物同样被用来修饰钙钛矿。CHEN 等 [39]
于未修饰的钙钛矿，GD 修饰的钙钛矿表面电动势 使用富氮二维材料—三嗪石墨炔（Tra-GD）对钙钛
（E）增大，表明钙钛矿表面具有更多的空穴积累， 矿进行修饰。发现 Tra-GD 能均匀分布在钙钛矿晶体
有利于促进电子和空穴的分离。所以，GD 修饰的 表面，并与晶体边界未配位的 Pb 产生强相互作用，
2+
2
PSCs 拥有高达 24.21 mA/cm 的 J SC 和 19.6%的 PCE。 这能有效钝化晶格缺陷，降低非辐射复合和防止离
且在潮湿环境下放置 35 d 后，依旧能够保持初始效 子迁移。此外，位于晶界处的 Tra-GD 能促进电荷的
率的 90%以上，展现出了优秀的湿度稳定性。 提取和传输。基于 Tra-GD/FAPbI 3 的 PSCs 具有可忽

略的迟滞和 20.33%的效率，基于 Tra-GD/MAPbI 3
的 PSCs 的 PCE 更是高达 21.16%。HUANG 等 [40] 将
氟掺杂石墨炔（F-GD）和氮掺杂石墨炔（N-GD）
分别掺杂到 MAPbI 3 中，杂原子的引入分别将原始
PCE（13.63%）提高了 32.8%和 33.0%。研究发现，
F-GD 的引入形成了 Pb—F 键，使得钙钛矿薄膜晶
粒变大，无序度降低，晶体对称性增加，电池的填
充因子（FF）得到大幅度提高。而 N-GD 的引入提
2+
供了大量的亚胺 N，改变了 Pb 环境，改善了电子
密度和导电性，显著提升了 PSCs 的 J SC 。

GD 及其衍生物应用在 PSCs 光吸收层中显示出

图 5 单个钙钛矿或 GD 的费米能级示意图以及钙钛矿和 诸多优点。首先，GD 及其衍生物可以通过形成异
GD 在暗或 461 nm 光照下的组合示意图 [37] 质结、内建电场和额外的传输通道来提高钙钛矿薄
Fig. 5 Schematic diagrams for the Fermi level of individual 膜的导电率和电子迁移率；其次，GD 及其衍生物
perovskite or GD and combination of perovskite and 可以通过配位键来钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，并改
GD under dark or 461 nm light illumination [37]
善薄膜的结晶过程，增大钙钛矿晶粒尺寸，减少晶
除直接掺杂外，还可将 GD 进一步制成石墨炔 界和非辐射复合；最后，GD 引入到钙钛矿表面，
量子点（GDQDs）再用于光吸收层的修饰。ZHANG 不仅可以加快空穴的收集和光生载流子的分离，也
等 [38] 使用 3 种 不同的方 法将 GDQDs 应用到 可以改善 GD 和空穴传输层的界面接触，从而提高
CH 3 NH 3 PbI 3 活性吸收层上并获得了不同的修饰效 电池的性能。