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(lán)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