《ASSA》：首次采用一种新方钙钛矿太阳能电池电子传输层！

钙钛矿型太阳能电池(PSCs)以其高效率、带隙可调整性、易制备性等优点在光伏研究领域占有重要地位。电子传输层(ETL)对PSCs的性能和可扩展性起着决定性的作用。SnO₂具有较高的透过率、较低的烧结温度、合适的深导和价带位置，可以有效地在界面上提取电子，因此是PSCS中ETL的潜在候选者。

在本工作中，来自印度国际粉末冶金与新材料先进研究中心的研究人员首次采用了一种简单的、溶液可处理的低温SnO₂沉积方法,初步研究了以CuSCN为空穴传输材料(HTM)、Au为背接触的平面器件的光伏性能。相关论文以题目为“Dip coated SnO₂ film as electron transport layer for low temperature processed planar perovskite solar cells”发表在Applied Surface Science Advances期刊上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266652392100012X

钙钛矿型太阳能电池(PSC)吸引了太阳能领域的注意，因为它们的效率在10年内飙升至2020年的25.5%。PSCs的高效率、低成本、选择材料、基板的灵活性以及良好的电学和光学性能使其成为现有技术的有力竞争者。然而，要将这项技术商业化，稳定性和可扩展性等挑战仍有待解决。除了吸收体/钙钛矿层，电荷传输层也起着至关重要的作用，因为在界面的有效电荷提取决定了器件的性能和稳定性。各种金属氧化物作为电子传输材料，如TiO₂、SnO₂、ZnO、BaNO₃、SrTiO₃等，在PSCS中得到了广泛的应用。其中，TiO₂是PSCs中最常用的电子传输层(ETL)。以介观TiO₂为ETL，可获得8%的光催化活性。

然而存在着电子迁移率低、能级匹配浅、器件结构复杂、紫外光不稳定、透过率低、烧结温度高等缺点。在此背景下，SnO₂是一种n型材料，与TiO2相比，具有良好的光电性能、更好的能级排列、更高的光学透明度和更好的紫外光照射稳定性。此外，这种材料可以在相对较低的温度(≤200˚C)下制备。这些优异的性能使SnO₂可用作热阻较低的柔性衬底的ETL，其平面结构简单，可用于光电应用。由于平面结构简单、烧结温度低、衬底选择、易于制造以及降低成本，SnO₂已被开发为一种潜在的ETL，可用于性能更高的高质量平面薄膜。

尽管旋涂是一种简单且可低温加工的技术，但它只能用于小尺寸的衬底，限制了PSCs的扩展。在这个方向上，Mathazhagan等人最近通过工业兼容的凹槽模具涂层开发了SnO₂薄膜。然而，该工艺需要添加聚乙二醇等聚合物，以克服形成均匀SnO₂膜的团聚挑战。在这项工作中，首次采用了一种简单的浸渍镀膜技术来沉积SnO₂作为PSCS的电子传输层，这在工业上是可行的，并且不需要任何聚合物添加剂。浸渍涂布是一种简单和良性的涂布技术，它通过改变浸渍-退出速度、浸渍循环次数和前体浓度来更好地控制厚度。浸渍涂层还具有减少化学废物的优点，因为溶胶可以重复使用。

图1. 采用浸渍镀膜工艺沉积SnO，然后进行器件制造的原理图。

图2.裸露的FTO玻璃和镀覆在FTO上的SnO₂薄膜(A)1层(B)2层(C)3层(D)4层的3D图。

图3.(A)浸渍镀膜SnO₂薄膜的Tauc图，四次沉积周期显示其带隙。(B)浸涂SnO₂和FAPbI₃/SnO₂的X射线衍射光谱。(C)FAPbI₃/SnO₂的FE-SEM图像，插图显示。FTO/SnO₂/FAPbI₃的低倍图像和晶粒尺寸分布(D)横截面FE-SEM图像。

总地来说，作者成首次将SnO₂与蒸气法制备的钙钛矿和CuSCN高温超导材料相结合，用于平面结构PSCS。最后，制备了FePbI₃基平面结构的SnO₂敏化PSCs，获得了3.2%的光伏性能。（文：爱新觉罗星）