界面电荷提取和传输的精确管理对于提高钙钛矿太阳能电池（PSC）的光伏性能起着决定性作用。在此，通过分子自组装原位合成的 CuS-MXene 复合材料被有效地用作全无机 CsPbBr₃ PSC 的空穴提取器。理论和实验结果表明，由于 MXene 官能团中的部分电子自发转移到 CuS，实现了 MXene 的 p 型掺杂和减少的电荷局域化，从而改善了界面能级匹配并促进了空穴的提取和转移。同时，由于CsPbBr₃和CuS之间形成了Pb-S键，因此建立了CsPbBr₃ / CuS / MXene的界面桥，以实现快速空穴传输和良好的界面接触，该键与MXene的电子供体基团一起进一步钝化了陷阱态在钙钛矿表面上，以大大减少界面电荷复合。最后，采用 CuS-MXene 定制的无封装 CsPbBr₃ PSC 实现了高达 10.51% 的冠军功率转换效率，并且在空气中 30 天的长期湿度或温度耐受性具有 90% 或以上的效率保持率。

 
Fig 1. (a) CuS-MXene 的合成流程图以及 (a1) 多层 MXene、(a2) 片状 MXene 和 (a3) 片状 CuS-MXene 的 SEM 图像。 (b) MXene 和 CuS-MXene 的 XRD 图案。 (c) MXene、CuS 和 CuS-MXene 的紫外-可见吸收光谱。 (d) MXene 和 (e) CuS-MXene 的 TEM 和 HRTEM 图像。 (f) AFM 图像以及 MXene（顶部）和 CuS-MXene（底部）的高度剖面。

 
Fig 2. MXene 和 CuS-MXene 的 (a) Ti 2p、(b) O 1s 和 (c) C 1s 的高分辨率 XPS 光谱。 (d) MXene 中的空穴局域化和 CuS-MXene 中的离域化示意图。 (e) CuS-MXene 异质结的电荷密度差。 (f) MXene 和 (g) CuS-MXene 的计算功函数。

 
Fig 3. (a) 器件 CsPbBr₃/CuS-MXene 接口处的载流子传输机制。 (b) 各种器件在黑暗中的莫特-肖特基曲线。 (c) CuS、CsPbBr₃ 和 CsPbBr₃/CuS 的 FT-IR 光谱。 (d) CsPbBr₃、CsPbBr₃/CuS、CsPbBr₃/MXene 和 CsPbBr₃/CuS-MXene 的 Pb 4f 高分辨率 XPS 光谱。 (e) CuS-MXene 和 CsPbBr₃ 之间的作用示意图。

 
Fig 4. (a) CuS-MXene 基全无机 CsPbBr₃ PSC 的示意图。 (b) CsPbBr₃/CuS-MXene 薄膜的 EDS 元素映射图像。 (c) 各种 PSC 的 J-V 曲线、(d) 稳定粉末输出曲线和 (e) IPCE 谱。 FTO/CsPbBr₃/有和没有 HTM 的 (f) PL 和 (g) TRPL 光谱。 (h) VOC 对光强度的依赖性和 (i) 各种 PSC 的暗 J-V 曲线。

 
Fig 5. (a) 各种无封装的 CsPbBr₃ PSC 在 25℃、85% RH 的空气环境中的长期稳定性。 (b) CsPbBr₃、CsPbBr₃/MXene 和 CsPbBr₃/CuS-MXene 薄膜的接触角。 (c) 各种 CsPbBr₃ PSC 的横截面 SEM 图像。
 
     相关研究工作由中国海洋大学 Benlin He和山东科技大学Qunwei Tang课题组于2023年联合在线发表《Journal of Materials Chemistry A》期刊上，原文：A self-assembled CuS–MXene bridge for hole-boosting 10.51%-efficiency all-inorganic tri-brominated perovskite solar cells。
 
      https://doi.org/10.1039/D3TA04992B

转自《石墨烯研究》公众号