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溶液處理的氧化錫電子傳輸層在各種光電器件中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。制備SnOx薄膜最常用的前驅(qū)體溶液是溶于乙醇中的SnCl2。為了闡明不同退火溫度下前驅(qū)體轉(zhuǎn)化的機理和SnOx電子傳輸層的光電性能，來自德國海德堡大學(xué)的研究人員利用紅外光譜、光電子能譜以及原子力顯微鏡對其物理化學(xué)性質(zhì)進行了研究，分析了兩種不同溶劑對SnOx薄膜形貌的影響。在這兩種情況下，提高退火溫度不僅改善了溶液處理SnOx的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，而且降低了SnOx薄膜中錫的濃度。最后介紹了一種功率轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定在15%以上的高性能鈣鈦礦型太陽能電池。相關(guān)論文以題目為“Analytical Study of Solution-Processed Tin Oxide as Electron Transport Layer in Printed Perovskite Solar Cells”發(fā)表在Advanced Materials Technologies期刊上。

鈣鈦礦型太陽能電池（PSC）的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）在不到十年的時間內(nèi)從3.8%迅速提高到25.2%，這在很大程度上歸因于適當(dāng)?shù)碾娮觽鬏攲樱‥TL）的影響。由于可見區(qū)的高透明性，大的帶隙，低的價帶和導(dǎo)帶，和高的載流子遷移率氧化錫是一種很好的ETLs材料。因此，它被廣泛應(yīng)用于各種技術(shù)應(yīng)用，如光電器件或傳感器。
此外，由于SnOx鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)具有良好的界面性質(zhì)，SnOx在鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）中具有高效ETL的潛力。SnOx可以從溶液中處理，這允許通過印刷技術(shù)沉積，并帶來了諸如低生產(chǎn)成本、柔性基板的可用性和易于擴展、可擴展的附加制造工藝等優(yōu)點。噴墨打印是一種快速、可擴展、材料效率高的沉積方法，是制造太陽能電池的一種很有前途的打印技術(shù)，對于SnOx薄膜的噴墨打印，存在兩種可能的途徑。一方面，它可以從前體溶液中加工，另一方面也可以從基于納米顆粒的分散體中加工。由于前者不易結(jié)塊，因此有利于噴墨打印。

本文重點分析了一種流行的SnOx前驅(qū)體材料SnCl2·2H2O。雖然用溶液處理的SnOx作為ETL已經(jīng)證明有了實質(zhì)性的改進，但是在大規(guī)模生產(chǎn)的道路上仍然有許多挑戰(zhàn)，包括壽命的提高、PCE的進一步增加和SnOx基太陽能電池更好的可重復(fù)生產(chǎn)性。為了實現(xiàn)這些目標(biāo)并使可能的改進變得易懂，有必要更好地理解溶液處理SnOx的特性。除前驅(qū)體濃度外，溶劑的選擇和退火溫度也是影響SnOx形貌和光電性能的重要因素。盡管有一些提示，但缺乏對這些影響的系統(tǒng)和全面的研究。在這里，作者系統(tǒng)地研究了SnOx的結(jié)構(gòu)、化學(xué)和光電性質(zhì)，以及對PSCs器件性能的影響。（文：愛新覺羅星）


圖1.用原子力顯微鏡測量溶液處理的SnOx薄膜的表面形貌。樣品由不同的溶劑體系制備：a–d）甲氧基乙醇和e–h）乙醇。薄膜在130℃、200℃、250℃和400℃的不同溫度下退火。原子力顯微鏡的測量是在環(huán)境條件下進行的。（a–d）和（h）的掃描面積為500 nm×500 nm。為了更好地概述，（e–g）的掃描區(qū)域是10?m×10?m。


圖2.傅里葉紅外光譜。


圖3.不同溫度退火樣品的溶液處理SnOx的a）Cl2P區(qū)、b）O1s區(qū)和c）Sn 3d 5/2區(qū)的XPS光譜。d）（A-c）中光譜的定量分析。e） Sn 3d 5/2峰位（黑色）和VBM（藍色）均與氯量成正比。

圖4.a）制備的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）結(jié)構(gòu)玻璃/ITO/SnO x/TCP/spiro-OMAD/gold的示意圖。b）概述了幾種PSCs溶液處理sSnO x（IJP）和SnO x np（自旋涂層）作為參考。c）IJP前驅(qū)氧化錫（第4批）的最好器件的電流電壓特性。D最好器件的穩(wěn)定PCE（SPCE）。

原標(biāo)題：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種效率在15%以上的高性能鈣鈦礦型太陽能電池