為了實現高效和穩定的鈣鈦礦太陽能電池，設計電子傳輸層（ETL）對於承受恆定的光照和熱應力，同時保持高電荷可提取性至關重要。在本研究中，來自首爾大學的研究人員採用基於SnO2納米顆粒的鈣鈦礦太陽能電池ETL，通過離子鹽氯化銨（NH4Cl）和二水合氯化錫（SnCl2∙2H2O）作為添加劑進行改性，其易於通過單一前體溶液的簡單一步旋塗製備。隨著ETL中這些雙添加劑的存在，上鈣鈦礦層的結晶度明顯增強。對器件的缺陷分析表明，這些修飾可以有效鈍化ETL內以及與載流子傳輸層的鈣鈦礦界面處的陷阱位點。因此，改進的SnO2 ETL提高了器件在熱應力或光應力條件下的穩定性，在高溫（85°C）下儲存≈2000小時後和在陽光照射下運行≈2400小時後，保持了其初始效率的80%以上。相關論文以題目為「Design of SnO2 Electron Transport Layer in Perovskite Solar Cells to Achieve 2000 h Stability Under 1 Sun Illumination and 85 °C」發表在Advanced Materials Interfaces 期刊上。
論文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202202148
具有有機-無機鹵化物鈣鈦礦的太陽能電池由於鈣鈦礦材料優異的光吸收和電荷生成性能以及簡單的製造，被廣泛認為是有希望的下一代光伏電池方法。為了使鈣鈦礦太陽能電池真正商業化，必須保證設備的長期穩定性；因此，具有每個界面的各個層是非常重要的。在這方面，電子傳輸層（ETL）及其與鈣鈦礦的界面是最終決定器件性能和穩定性的重要位置之一，因為ETL本體中產生的缺陷或在ETL/鈣鈦礦界面處積累的缺陷都會損害器件的電荷提取性能和穩定性，通過捕獲光生載流子並提供降解位點。此外，對於典型的正常n-i-p型器件，器件的ETL層不斷暴露於入射光，這會引發器件上的光致降解或光致熱應力。因此，明智地設計一種能夠在操作條件下保持長期穩定性的ETL非常重要。
氧化錫是ETL最廣泛使用的材料之一，因為其高導電性和相對於鈣鈦礦的適當費米能。SnO2層也可以通過商業上可獲得的納米顆粒型SnO2膠體分散體的簡單旋塗而容易地製造，這導致堆疊的SnO2納米顆粒的薄層和緻密層適用於各種器件結構。這裡，缺陷或降解位點可能來自SnO2納米顆粒的固有缺陷、納米顆粒表面的懸空鍵、不完全膜形成或納米顆粒與鈣鈦礦晶格之間的失配。為了解決這些問題，SnO2層中加入了各種添加劑化合物，從離子鹽到具有特殊官能團的鏈式有機分子。另一種替代方法是通過使用氯化錫（II）水合物（SnCl2·xH2O）作為前體來合成緻密的SnO2層。一些研究小組甚至製作了雙層型SnO2 ETL，以提高薄膜質量，包括裸露和添加的修飾SnO2納米顆粒，或納米顆粒類型和SnCl2修飾SnO2。儘管修飾的ETL顯示出鈍化電荷捕獲缺陷的優點，這些方法需要在不同溫度下進行多次熱處理的連續沉積步驟來製造ETL，這增加了製造過程的複雜性。因此，製造ETL的更簡單但有效的策略仍需進一步開發。（文：愛新覺羅星）
圖1。SnO2和鈣鈦礦薄膜的分析。
圖2:鈣鈦礦薄膜的表面形態。
圖3。具有不同ETL的太陽能電池的長期85°C/85%RH熱穩定性。
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