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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
材料科學(xué)網(wǎng)
>《待分類》
2021.08.22
關(guān)注
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 SnO
2
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
TiO2
基
ETL
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
SnO2
比
TiO2
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
PSCs
的
ETL
。第三,
SnO2
比
TiO2
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。
圖
1.a
)基于氟摻雜
SnO2
的
PSC
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。
f
)
SnO2
和
Li
摻雜
SnO2
基
PSCs
的
PCE
分布。
圖
2.a
)顯示
SnO 2
(
110
)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
ETL
下
PSCs
的電壓和
e
)
J-V
曲線。
圖
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
ETL
的
PSCs
的
PCE
隨老化時(shí)間的變化。
d
)
殘余應(yīng)力分布,
e
)
XRD
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
PSCs
的
ETL
進(jìn)行了展望。
(文:愛新覺羅星)
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