眾所周知，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是一種新興的光伏技術(shù)，具有打破成熟的硅太陽能電池市場的潛力。在過去的幾年里，由于制備方式，化學(xué)組成和相位穩(wěn)定方法的發(fā)展，器件性能有了很大的提高，使PSCs成為最有效和低成本的光伏技術(shù)之一。
眾所周知，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）是一種新興的光伏技術(shù)，具有打破成熟的硅太陽能電池市場的潛力。在過去的幾年里，由于制備方式，化學(xué)組成和相位穩(wěn)定方法的發(fā)展，器件性能有了很大的提高，使PSCs成為最有效和低成本的光伏技術(shù)之一。但是，這些器件的捕光性能仍然受到過多電荷載流子復(fù)合的限制。盡管付出了很多努力，但最佳的PSCs的性能還是受到相對較低的填充因子和高開路電壓缺陷的限制。電荷載流子管理的改善與填充因子和開路電壓密切相關(guān)，因此為提高PSCs的器件性能并達(dá)到其理論效率極限提供了一條途徑。其中，基于SnO2的電子輸運層（ETLs）提供了有利的能帶對齊，同時能在低溫處加工。同時，在各種沉積方法中，基于SnO2納米顆粒的ETLs表現(xiàn)出了迄今為止最好的性能。但是，基于SnO2納米粒子的PSCs表現(xiàn)出相對較低的電致發(fā)光外部量子效率（EQE）。通過測量正向偏置下的發(fā)光效率確定的光伏器件的電致發(fā)光EQE是載流子復(fù)合輻射效率的直接度量。因此，至關(guān)重要的是開發(fā)出使ETLs/鈣鈦礦界面處的光電壓損失最小化的策略，使VOC最小化缺陷，從而研究者尋求另一種可以充分發(fā)揮SnO2 ETL潛力的沉積方法。鑒于此，麻省理工學(xué)院Moungi G. Bawendi，韓國化學(xué)技術(shù)研究所Jangwon Seo和Seong Sik Shin（通訊作者）報告了一種通過增強(qiáng)電荷載流子管理來提高PSCs性能的整體方法。首先，通過調(diào)整二氧化錫（SnO2）的化學(xué)浴沉積來開發(fā)具有理想膜覆蓋率，厚度和成分的電子傳輸層。其次，將鈍化策略在本體和界面之間解耦，從而改善了性能，同時使帶隙損失最小。研究表明，化學(xué)浴沉積過程中的Sn中間物在最終SnO2的質(zhì)量和特性中起著至關(guān)重要的作用層。更具體地講，各種Sn中間物質(zhì)的形成取決于Sn2+前驅(qū)體（SnCl2）的分解途徑，這取決于反應(yīng)溶液的pH。在正向偏置中，本文的器件顯示出高達(dá)17.2％的電致發(fā)光外量子效率和高達(dá)21.6％的電致發(fā)光能量轉(zhuǎn)換效率。作為太陽能電池，它們可實現(xiàn)25.2％的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率，相當(dāng)于其帶隙熱力學(xué)極限的80.5％。相關(guān)研究成果以“Efficient perovskite solar cells via improved carrier management”為題發(fā)表在Nature上。
圖一、FTO上氧化錫膜的合成與表征
圖二、基于各種SnO2 ETLs的PSCs太陽能電池性能
圖三、不同MAPbBr3摩爾百分比的鈣鈦礦薄膜的特性
圖四、具有0.8 mol％ MAPbBr3的性能最佳的PSCs的設(shè)備
文獻(xiàn)鏈接：“Efficient perovskite solar cells via improved carrier management”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03285-w)
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