研究背景
研究内容
近日，华南理工大学李国强教授团队提出了一种简单退火工艺，制备了高性能 Nafion/PEDOT:PSS (NP) 空穴传输层及其 GaAs 杂化异质结（图 1a）。通过在 PEDOT:PSS 空穴传输薄膜中引入 Nafion，可有效改善复合薄膜的润湿性、电导率和载流子迁移率，从而优化 GaAs/NP 异质结，实现了光电转换效率 (PCE) 的大幅提升。
图 1. (a) GaAs/NP 杂化异质结 HJSC 结构示意图；(b 和 c) GaAs/NP 异质结横截面 SEM 图；(d) PEDOT:PSS 和 (e) NP0.05 薄膜的 AFM 图
现有研究中未经任何优化的 PEDOT:PSS 作为空穴传输层时润湿性较差（图 1b-e），工艺诱发的不均匀膜会增加入射光损失，从而降低光生电流密度，仅实现 6.9% 的 PCE（图 2a）。研究团队通过引入 Nafion 改性空穴传输层，有效地改善了空穴传输层的湿润性、电导率和载流子迁移率，显著提高了 GaAs 杂化 HJSC 的性能（图 2b-c），使得 PCE 达到了 15.77%。
图 2. GaAs/PEDOT:PSS 和 GaAs/NP HJSC 性能表征；(a) 光照条件下 J-V 曲线；(b) 黑暗条件下的 J-V 曲线；(c) 串联电阻 Rs。
此外，本团队通过引入透明 CNT 薄膜替代传统 Ag 电极，用作 GaAs/NP 杂化 HJSC 的顶电极（图 3a）。与传统金属电极相比，半面积覆盖的 CNT 电极的应用，可在不严重影响入射光吸收的前提下，有效发挥载流子快速传导的作用（图 3b）。测试结果显示，CNT 电极可显著提高 GaAs/NP 异质结 HJSC 的光生电流密度，同时保持较高的填充因子，最终制得全面积光吸收太阳电池的 PCE 可达 14.99%（图 3c-e）。
图 3. (a) 半面积 GaAs/NP/CNT 杂化 HJSC 示意图；(b) GaAs/NP/CNT 光照下能带图；(c) 不同 CNT 电极厚度的全面积光吸收 GaAs/NP 杂化 HJSC 的 J-V 曲线；(d) 不同结构的 HJSC 的 J-V 曲线；(e) 基于 PEDOT:PSS 的杂化 HJSC 的 PCE 分布图。
在全面积光吸收异质结体系中，该结构设计和材料应用可为后续异质结光伏技术的持续开发和广泛应用开辟了新途径，并提供了殷实的理论指导和实验基础。
该成果以 “Carbon nanotubes as hole-selective contacts for high-efficiency full-area GaAs hybrid heterojunction solar cells” (《碳纳米管作为空穴输运层制备高效全面积 GaAs 杂化异质结太阳电池》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry A 上，并入选为 hot article。
论文信息
Carbon nanotubes as hole-selective contacts for high-efficiency full-area GaAs hybrid heterojunction solar cells Youtian Mo, Chaoying Guo, Jiansen Guo, Peixin,Liu, Xuan Wang, Yufan Cai, Jiaying Chen, Xi Deng, Wenliang Wang*（王文樑，华南理工大学） and Guoqiang Li*（李国强，华南理工大学） J. Mater. Chem. A., 2024, 12, 29562-29570
https://doi.org/10.1039/D4TA05391E
作者简介
本文第一作者，现任广东第二师范学院化学与材料科学学院讲师。长期致力于电极设计及其在光伏、储能领域的应用研究，从“材料生长、结构设计、器件制作”三个方面开展系统的科学研究和技术攻关。近五年已在 Materials Science & Engineering R-Reports、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry A 等期刊发表 SCI 论文 15 篇，获授权中国发明专利 4 件。曾获第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖、国家奖学金和广东省优秀学生等荣誉。
本文通讯作者，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室教授、博士生导师，入选国家万人计划科技创新领军人才、国家优青等，是国家重点研发计划首席科学家，国家多个部委的咨询专家。致力于发展高性能III-V族化合物半导体材料与芯片，相关成果在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Reports on Progress in Physics、Applied Physics Letters、IEEE Electron Device Letters等高水平期刊发表论文150余篇，其中ESI高被引论文10余篇，SCI 他引 6000 余次。主持国家工业强基计划、国家重点研发计划项目、国家重大科研仪器研制项目课题、广东重点领域研发计划等多项国家及省部级项目。以第一完成人获广东省技术发明一等奖、广东省丁颖科技奖、中国专利奖优秀奖等奖项。
期刊介绍
rsc.li/materials-a
J. Mater. Chem. A
| 2-年影响因子* | 10.7分 |
| 5-年影响因子* | 10.8分 |
| JCR 分区* | Q1 能源与燃料 Q1 化学-物化 Q1 材料-多学科 |
| CiteScore 分† | 19.5分 |
| 中位一审周期‡ | 30 天 |
Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是，Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用，Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用，Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。
Editor-in-Chief
Anders Hagfeldt
🇸🇪 乌普萨拉大学
Scientific editors
|
|
Associate editors
|
|
† CiteScore 2023 by Elsevier
‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件
📧 RSCChina@rsc.org
↓↓↓
