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《ASSA》:首次采用一種新方鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層!
日期:2021-04-13   [復制鏈接]
責任編輯:simaran_sxj 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
鈣鈦礦型太陽能電池(PSCs)以其高效率、帶隙可調整性、易制備性等優(yōu)點在光伏研究領域占有重要地位。電子傳輸層(ETL)對PSCs的性能和可擴展性起著決定性的作用。SnO 2 具有較高的透過率、較低的燒結溫度、合適的深導和價帶位置,可以有效地在界面上提取電子,因此是 PSCS 中 ETL 的潛在候選者。

在本工作中,來自印 度國際粉末冶金與新材料先進研究中心的研究人 員首次采用了一種簡單的、溶液可處理的低溫SnO2沉積方法,初步研究了以 CuSCN 為空穴傳輸材料 (HTM) 、 Au 為背接觸的平面器件的光伏性能。相關論文以題目為“ Dip coated SnO 2 film as electron transport layer for low temperature processed planar perovskite solar cells ” 發(fā)表在 Applied Surface Science Advances 期刊上。


鈣鈦礦型太陽能電池(PSC)吸引了太陽能領域的注意,因為它們的效率在10年內飆升至2020年的25.5%。PSCs的高效率、低成本、選擇材料、基板的靈活性以及良好的電學和光學性能使其成為現(xiàn)有技術的有力競爭者。然而,要將這項技術商業(yè)化,穩(wěn)定性和可擴展性等挑戰(zhàn)仍有待解決。除了吸收體/鈣鈦礦層,電荷傳輸層也起著至關重要的作用,因為在界面的有效電荷提取決定了器件的性能和穩(wěn)定性。各種金屬氧化物作為電子傳輸材料,如TiO2、SnO2、ZnO、BaNO3、SrTiO3等,在PSCS中得到了廣泛的應用。其中,TiO2是PSCs中最常用的電子傳輸層(ETL)。以介觀TiO2為ETL,可獲得8%的光催化活性。

然而存在著電子遷移率低、能級匹配淺、器件結構復雜、紫外光不穩(wěn)定、透過率低、燒結溫度高等缺點。在此背景下,SnO2是一種n型材料,與TiO2相比,具有良好的光電性能、更好的能級排列、更高的光學透明度和更好的紫外光照射穩(wěn)定性。此外,這種材料可以在相對較低的溫度(≤200?C)下制備。這些優(yōu)異的性能使SnO2可用作熱阻較低的柔性襯底的ETL,其平面結構簡單,可用于光電應用。由于平面結構簡單、燒結溫度低、襯底選擇、易于制造以及降低成本,SnO2已被開發(fā)為一種潛在的ETL,可用于性能更高的高質量平面薄膜。

盡管旋涂是一種簡單且可低溫加工的技術,但它只能用于小尺寸的襯底,限制了PSCs的擴展。在這個方向上,Mathazhagan等人最近通過工業(yè)兼容的凹槽模具涂層開發(fā)了SnO2薄膜。然而,該工藝需要添加聚乙二醇等聚合物,以克服形成均勻SnO2膜的團聚挑戰(zhàn)。在這項工作中,首次采用了一種簡單的浸漬鍍膜技術來沉積SnO2作為PSCS的電子傳輸層,這在工業(yè)上是可行的,并且不需要任何聚合物添加劑。浸漬涂布是一種簡單和良性的涂布技術,它通過改變浸漬-退出速度、浸漬循環(huán)次數(shù)和前體濃度來更好地控制厚度。浸漬涂層還具有減少化學廢物的優(yōu)點,因為溶膠可以重復使用。



圖1. 采用浸漬鍍膜工藝沉積SnO,然后進行器件制造的原理圖。



圖2.裸露的FTO玻璃和鍍覆在FTO上的SnO2薄膜(A)1層(B)2層(C)3層(D)4層的3D圖。




圖3.(A)浸漬鍍膜SnO2薄膜的Tauc圖,四次沉積周期顯示其帶隙。(B)浸涂SnO2和FAPbI3/SnO2的X射線衍射光譜。(C)FAPbI3/SnO2的FE-SEM圖像,插圖顯示。FTO/SnO2/FAPbI3的低倍圖像和晶粒尺寸分布(D)橫截面FE-SEM圖像。

總地來說,作者成首次將SnO2與蒸氣法制備的鈣鈦礦和CuSCN高溫超導材料相結合,用于平面結構PSCS。最后,制備了FePbI3基平面結構的SnO2敏化PSCs,獲得了3.2%的光伏性能。 

原標題:《ASSA》:首次采用一種新方鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層!
 
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來源:材料科學與工程
 
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