《AMT》：一种效率在15%以上的高性能钙钛矿型太阳能电池！

溶液处理的氧化锡电子传输层在各种光电器件中表现出优异的性能。制备SnO_x薄膜最常用的前驱体溶液是溶于乙醇中的SnCl₂。为了阐明不同退火温度下前驱体转化的机理和SnO_x电子传输层的光电性能，来自德国海德堡大学的研究人员利用红外光谱、光电子能谱以及原子力显微镜对其物理化学性质进行了研究，分析了两种不同溶剂对SnO_x薄膜形貌的影响。在这两种情况下，提高退火温度不仅改善了溶液处理SnO_x的结构和化学性质，而且降低了SnO_x薄膜中锡的浓度。最后介绍了一种功率转换效率稳定在15%以上的高性能钙钛矿型太阳能电池。相关论文以题目为“Analytical Study of Solution-Processed Tin Oxide as Electron Transport Layer in Printed Perovskite Solar Cells”发表在Advanced Materials Technologies期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/admt.202000282

钙钛矿型太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）在不到十年的时间内从3.8%迅速提高到25.2%，这在很大程度上归因于适当的电子传输层（ETL）的影响。由于可见区的高透明性，大的带隙，低的价带和导带，和高的载流子迁移率氧化锡是一种很好的ETLs材料。因此，它被广泛应用于各种技术应用，如光电器件或传感器。

此外，由于SnO_x钙钛矿异质结具有良好的界面性质，SnO_x在钙钛矿型太阳能电池（PSCs）中具有高效ETL的潜力。 SnO_x 可以从溶液中处理，这允许通过印刷技术沉积，并带来了诸如低生产成本、柔性基板的可用性和易于扩展、可扩展的附加制造工艺等优点。喷墨打印是一种快速、可扩展、材料效率高的沉积方法，是制造太阳能电池的一种很有前途的打印技术，对于SnOx薄膜的喷墨打印，存在两种可能的途径。一方面，它可以从前体溶液中加工，另一方面也可以从基于纳米颗粒的分散体中加工。由于前者不易结块，因此有利于喷墨打印。

本文重点分析了一种流行的SnOx前驱体材料SnCl2·2H2O。虽然用溶液处理的SnOx作为ETL已经证明有了实质性的改进，但是在大规模生产的道路上仍然有许多挑战，包括寿命的提高、PCE的进一步增加和SnOx基太阳能电池更好的可重复生产性。为了实现这些目标并使可能的改进变得易懂，有必要更好地理解溶液处理SnOx的特性。除前驱体浓度外，溶剂的选择和退火温度也是影响SnOx形貌和光电性能的重要因素。尽管有一些提示，但缺乏对这些影响的系统和全面的研究。在这里，作者系统地研究了SnOx的结构、化学和光电性质，以及对PSCs器件性能的影响。 （文：爱新觉罗星）

图1.用原子力显微镜测量溶液处理的SnOx薄膜的表面形貌。样品由不同的溶剂体系制备：a–d）甲氧基乙醇和e–h）乙醇。薄膜在130℃、200℃、250℃和400℃的不同温度下退火。原子力显微镜的测量是在环境条件下进行的。（a–d）和（h）的扫描面积为500 nm×500 nm。为了更好地概述，（e–g）的扫描区域是10µm×10µm。

图2.傅里叶红外光谱。

 

图3.不同温度退火样品的溶液处理SnOx的a）Cl2P区、b）O1s区和c）Sn 3d 5/2区的XPS光谱。d）（A-c）中光谱的定量分析。e） Sn 3d 5/2峰位（黑色）和VBM（蓝色）均与氯量成正比。

图4.a）制备的钙钛矿太阳能电池（PSC）结构玻璃/ITO/SnO x/TCP/spiro-OMAD/gold的示意图。b）概述了几种PSCs溶液处理sSnO x（IJP）和SnO x np（自旋涂层）作为参考。c）IJP前驱氧化锡（第4批）的最好器件的电流电压特性。D最好器件的稳定PCE（SPCE）。

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