美国留学

简介：本文通过在TiO2层中充分掺杂锌，可以获得优化的器件性能，平均功率转换效率为19.87%。室温保存3000小时后，其效率仍可保持原值的80%以上。提出了一种利用低温工艺提供高效钙钛矿太阳能电池的方法。

钙钛矿太阳能电池（PSC）已成为最有前途的可再生能源转换器件之一。然而，为了获得足够高的功率转换效率（PCE），PSC通常需要高温烧结工艺来制备TiO2作为高效的电子传输层（ETL），这使得PSC在未来无法商业化。

台湾长庚大学的研究人员研究了二氧化钛纳米晶体的低温合成，并引入了双流体喷涂工艺来制备纳米结构ETL，用于后续的钙钛矿层沉积。整个沉积过程的温度可以保持在150C以下。与典型的平面TiO2 层相比，在纳米结构TiO2 层上制备的钙钛矿层显示出均匀的密度、择优取向和高结晶度，从而实现可重复且有前景的器件性能。相关论文以“Achiving High-Performance Perovskite Photovoltaic by Morphology Engineering of Low-Temperature Processed Zn-Doped TiO2 Electron Transport Layer”为题发表在Small期刊上。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202002201

能源危机使得发展可再生能源成为必要，这给太阳能电池领域带来了机遇。太阳能是通过太阳能电池获得和解决的巨大能源。钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其优异的光伏性能和经济的成本而具有潜在的发展潜力。因此，它已成为近年来的研究热点。目前，PSC在2019年实现了25.2%的创纪录高功率转换效率（PCE）。根据选择性载流子接触的顺序，PSC可分为两大类：n-i-p和p-i-n结构。 n-i-p结构是电子传输层（ETL）/吸收层/空穴传输层（HTL），p-i-n结构具有相反的结构顺序。与p-i-n结构相比，n-i-p结构具有许多加工优势，例如耐湿性，可以有效防止PSC的降解，延长PSC的使用寿命。

N 型材料（例如TiO2、ZnO、SnO2）适合用作PSC 的ETL，因为它们与钙钛矿吸收边的频带对齐。例如，介孔TiO2 作为ETL 已经实现了令人印象深刻的电池效率。介孔支架的载流子传输距离较短。因此，ETL的提取效率可以大大提高。然而，这种结构的高结晶度依赖于高温烧结（450-550），这限制了柔性PSC的发展，并进一步阻碍了此类器件的大规模应用。必须寻求替代工艺（即低温工艺）来减少制造过程中所需的能量。 （文：爱新觉罗之星）

图1. SEM 图像（上半部分）和AFM 形貌（下半部分）显示了通过不同策略沉积的LT-TiO2 薄膜的结构。 a) 旋涂、喷涂，载气流速b) 10 LPM（升每分钟），c) 5 LPM，或d) 2 LPM。

图2. a、d）分别在旋涂或喷涂LT-TiO2 NC 上制备的钙钛矿层的SEM 图像，b、e）接触角测量，以及c、f）GIWAXS 2D 图案。 g) GIWAXS 2D 图案在qz 方向的线切割。 h) (110)晶体表面上GIWAXS二维图案的取向图。

图3. 基于a) 旋转LT-TiO2 和b) ETL 形式喷涂LT-TiO2 的器件的面积相关统计性能。 c) 1.00 cm2装置在不同点的检测效率。

图4.a)器件结构示意图。 b) 器件的SEM 横截面。 c) 从最高记录设备获得的J-V 特性和关键参数。 d) 冠军器件在0.99V 电压下工作时的电流密度和效率输出。 e) 基于未掺杂LT-TiO2 和Zn:LT-TiO2 器件的统计效率分布。 f) 基于未掺杂LT-TiO2和Zn:LT-TiO2的器件在环境条件下的稳定性测试。

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载，请联系我们。未经许可禁止转载至其他网站。