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苏大《AFM》：SnO2电子传输层对钙钛矿太阳能电池的改性工程

原创材料科学与工程材料科学与工程

在钙钛矿型太阳能电池中，电子传输层对电池起着关键作用。与其它同类材料相比，SnO2具有低温制备、高电子引出能力等独特的优点，自首次报道以来就受到了研究界的高度重视。基于SnO2的平面型钙钛矿型太阳能电池结构简单，现有的器件可以达到23%以上的功率转换效率，可以与传统的介孔TiO2器件相媲美。近年来，SnO2的改性工程对器件性能的提高起到了重要作用。在效率和长期稳定性方面还有很大的潜力需要进一步提高。

来自苏州大学等单位的研究人员从优化策略的角度综述了近年来SnO2光电性能的研究进展，并讨论了今后研究的挑战和机遇。对这一令人振奋的领域的不断努力，可能为开发商用钙钛矿型太阳能电池铺平道路。相关论文以题目为“Modification Engineering in SnO₂Electron Transport Layer toward Perovskite Solar Cells: Efficiency and Stability”发表在Advanced Functional Materials 期刊上

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202004209

有机-无机卤化物钙钛矿型太阳能电池（PSC）在过去几年中经历了极快的发展，作为最有前途的光伏器件之一。PSCs的性能在很大程度上受电荷传输层的影响。目前，有机材料和无机材料都可以作为电荷传输层，预计将有更多的功能材料满足这一要求。从载流子的角度看，它们可以分为电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL），分别选择性地将电子和空穴传输到电极上。电荷传输层通过直接影响光电流密度（jsc）、开路电压（voc）和填充因子（FF）。具有n型半导体性质的金属氧化物通常被选为ETL，最先进的设备采用复合ETL，包括致密TiO 2层和介孔层。然而，它需要高温退火，不能与柔性器件兼容。这严重限制了TiO2基ETL的广泛应用。

为了简化制作和扩大应用，人们迫切需要一种低温加工的紧凑型ETL。SnO2在平面正则型PSCs中的应用，与其它候选材料相比，具有独特的优势。首先，它具有优异的光电性能，如大电荷迁移率、合适的能带结构和优异的化学稳定性。特别地，SnO2的导带最小值比TiO2的导带最小值低，并且可以诱导更高的电荷注入效率，因此在PSCs中使用SnO2比TiO2更有利于带向排列。其次，它可以通过简单的低温溶液法制备，这使得它可以作为基于柔性衬底的PSCs的ETL。第三，SnO2比TiO2具有更大的禁带宽度，对紫外光的伤害较小。因此，可以抑制与紫外光相关的光化学反应以提高器件的稳定性。SnO2的这些优异性能越来越受到研究界的关注。

图1.a）基于氟掺杂SnO2的PSC的制造工艺。b）费米能级与氟掺杂比。c）氟掺杂双层ETL的能带。d） PSCs的能级图。e）电流密度与电压的关系。f）SnO2和Li掺杂SnO2基PSCs的PCE分布。

图2.a）显示SnO 2（110）表面上TPPO分子和静电力显微镜测量的图。b）前后能级在sno2中掺杂TPPO后。c） PSCs的能带，d）电流密度与不同ETL下PSCs的电压和e）J-V曲线。

图3.a）紫外线照射前后PSC的图示。b） PSCs的能级图。c）基于不同ETL的PSCs的PCE随老化时间的变化。d）残余应力分布，e）XRD图谱，和f）钙钛矿的晶格畸变有和没有PS缓冲层。

本文综述了SnO2作为高性能平面规则型PSCsETL的典型改性策略的研究进展。首先介绍了SnO2薄膜常用的制备方法。随后，总结了通过不同的方法来调节SnO2的体积和表面性质。然后讨论了SnO2界面钝化对PSCs性能和ETL相关器件稳定性的影响。最后，对SnO2性能优化作为PSCs的ETL进行了展望。（文：爱新觉罗星）

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