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蘇大《AFM》:SnO2電子傳輸層對(duì)鈣鈦礦太陽能電池的改性工程
在鈣鈦礦型太陽能電池中,電子傳輸層對(duì)電池起著關(guān)鍵作用。與其它同類材料相比,SnO2具有低溫制備、高電子引出能力等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),自首次報(bào)道以來就受到了研究界的高度重視。基于SnO2的平面型鈣鈦礦型太陽能電池結(jié)構(gòu)簡單,現(xiàn)有的器件可以達(dá)到23%以上的功率轉(zhuǎn)換效率,可以與傳統(tǒng)的介孔TiO2器件相媲美。近年來,SnO2的改性工程對(duì)器件性能的提高起到了重要作用。在效率和長期穩(wěn)定性方面還有很大的潛力需要進(jìn)一步提高。

來自蘇州大學(xué)等單位的研究人員從優(yōu)化策略的角度綜述了近年來SnO2光電性能的研究進(jìn)展,并討論了今后研究的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。對(duì)這一令人振奮的領(lǐng)域的不斷努力,可能為開發(fā)商用鈣鈦礦型太陽能電池鋪平道路。相關(guān)論文以題目為“Modification Engineering in SnO2 Electron Transport Layer toward Perovskite Solar Cells: Efficiency and Stability發(fā)表在Advanced Functional Materials 期刊上

論文鏈接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202004209

有機(jī)-無機(jī)鹵化物鈣鈦礦型太陽能電池(PSC)在過去幾年中經(jīng)歷了極快的發(fā)展,作為最有前途的光伏器件之一。PSCs的性能在很大程度上受電荷傳輸層的影響。目前,有機(jī)材料和無機(jī)材料都可以作為電荷傳輸層,預(yù)計(jì)將有更多的功能材料滿足這一要求。從載流子的角度看,它們可以分為電子傳輸層(ETL)和空穴傳輸層(HTL),分別選擇性地將電子和空穴傳輸?shù)诫姌O上。電荷傳輸層通過直接影響光電流密度(jsc)、開路電壓(voc)和填充因子(FF)。具有n型半導(dǎo)體性質(zhì)的金屬氧化物通常被選為ETL,最先進(jìn)的設(shè)備采用復(fù)合ETL,包括致密TiO 2層和介孔層。然而,它需要高溫退火,不能與柔性器件兼容。這嚴(yán)重限制了TiO2ETL的廣泛應(yīng)用。

為了簡化制作和擴(kuò)大應(yīng)用,人們迫切需要一種低溫加工的緊湊型ETL。SnO2在平面正則型PSCs中的應(yīng)用,與其它候選材料相比,具有獨(dú)特的優(yōu)勢。首先,它具有優(yōu)異的光電性能,如大電荷遷移率、合適的能帶結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。特別地,SnO2的導(dǎo)帶最小值比TiO2的導(dǎo)帶最小值低,并且可以誘導(dǎo)更高的電荷注入效率,因此在PSCs中使用SnO2TiO2更有利于帶向排列。其次,它可以通過簡單的低溫溶液法制備,這使得它可以作為基于柔性襯底的PSCsETL。第三,SnO2TiO2具有更大的禁帶寬度,對(duì)紫外光的傷害較小。因此,可以抑制與紫外光相關(guān)的光化學(xué)反應(yīng)以提高器件的穩(wěn)定性。SnO2的這些優(yōu)異性能越來越受到研究界的關(guān)注。

1.a)基于氟摻雜SnO2PSC的制造工藝。b 費(fèi)米能級(jí)與氟摻雜比。c 氟摻雜雙層ETL的能帶。d PSCs的能級(jí)圖。e 電流密度與電壓的關(guān)系。fSnO2Li摻雜SnO2PSCsPCE分布。

2.a)顯示SnO 2110)表面上TPPO分子和靜電力顯微鏡測量的圖。b 前后能級(jí)在sno2中摻雜TPPO后。c PSCs的能帶,d)電流密度與不同ETLPSCs的電壓和eJ-V曲線。

3.a)紫外線照射前后PSC的圖示。b PSCs的能級(jí)圖。c 基于不同ETLPSCsPCE隨老化時(shí)間的變化。d 殘余應(yīng)力分布,eXRD圖譜,和f)鈣鈦礦的晶格畸變有和沒有PS緩沖層。

本文綜述了SnO2作為高性能平面規(guī)則型PSCsETL的典型改性策略的研究進(jìn)展。首先介紹了SnO2薄膜常用的制備方法。隨后,總結(jié)了通過不同的方法來調(diào)節(jié)SnO2的體積和表面性質(zhì)。然后討論了SnO2界面鈍化對(duì)PSCs性能和ETL相關(guān)器件穩(wěn)定性的影響。最后,對(duì)SnO2性能優(yōu)化作為PSCsETL進(jìn)行了展望。(文:愛新覺羅星)
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