二維材料已被廣泛用于調節鈣鈦礦的生長和能級排列。但其鈍化不完全、用量混亂，不利于制備高質量的鈣鈦礦薄膜。在這里，通過引入大面積單層石墨烯作為 TiO
2 基底頂部的穩定物理覆蓋層，成功獲得了更高質量的 CsPbBr
3 薄膜。受益于惰性和 原子光滑的石墨烯表面，通過范德華外延生長在頂部的CsPbBr
3薄膜具有更高的結晶度、改善的(100)取向以及高達1.22μm的平均域尺寸。同時，在石墨烯/鈣鈦礦界面處觀察到強烈的向下能帶彎曲，改善了電子傳輸層（ETL）的電子提取。因此，在石墨烯上生長的鈣鈦礦薄膜具有較低的光致發光（PL）強度、較短的載流子壽命和較少的缺陷。最終，制備了基于外延CsPbBr
3薄膜的光伏器件，其功率轉換效率（PCE）高達10.64%，并且在空氣中穩定性超過2000小時。
Fig 1. a) TiO
2/FTO上石墨烯的拉曼光譜； b) TiO
2/FTO 和 G/TiO
2/FTO 上 CsPbBr3 的 XRD 圖譜和半高寬； c) CsPbBr
3薄膜的(100)、(110)和(211)面的強度； d) 鈣鈦礦示意圖； e) 鈣鈦礦的俯視SEM圖像； f) G/TiO
2/FTO 和 TiO
2/FTO 上鈣鈦礦的橫截面 SEM 圖像。
Fig 2. a) TiO
2可能存在的缺陷及石墨烯對鈣鈦礦生長的篩選效果示意圖； b) 鈣鈦礦在G/TiO
2/FTO和TiO
2/FTO上的吸附能(Eads)； c) G/TiO
2/FTO 和 d) TiO
2/FTO 的 AFM 圖像； e) 鈣鈦礦在G/TiO
2/FTO和TiO
2/FTO上的成核和生長過程。
Fig 3. a) TiO
2/FTO 和 G/TiO
2/FTO 的 WF； b) CsPbBr
3在TiO
2/FTO和G/TiO
2/FTO上的功函數（WF）和價帶最大值（VBM）； c) 鈣鈦礦和ETL界面的能帶結構；所制備的鈣鈦礦薄膜的 d) PL、e) TRPL 和 f) SCLC。
Fig 4. a) 鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖； b）J-V 曲線，c）PCE 分布，d）MPP 和 e）含石墨烯和不含石墨烯的鈣鈦礦太陽能電池在空氣中的穩定性。
相關研究工作由澳門大學Shi Chen課題組應用于2023年在線發表在《Energy & Environmental Materials》期刊上，High-Quality van der Waals Epitaxial CsPbBr3 Film Grown on Monolayer Graphene Covered TiO2 for High-Performance Solar Cells。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/eem2.12680
摘自《石墨烯研究》公眾號
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